Разделение ниш и смещение признаков. Глава vi. перекрывание экологических ниш и устойчивость сообществ с горизонтальной структурой. Правила обязательного заполнения многомерного участка экосистемы

Экологи́ческая ни́ша - место, занимаемое видомвбиоценозе, включающее комплекс его биоценотических связей и требований кфакторам среды. Термин введён в1914 годуДж. Гриннеллом и в1927 годуЧарльзом Элтоном . В настоящее время определение Гриннелла принято называть пространственной нишей (по смыслу термин ближе понятию местообитание ), а определение Элтона называют трофической нишей (экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке) . В настоящее время доминирует модель гиперобъёма Дж. Э. Хатчинсона . Модель представлена как n-мерный куб на осях которого отложены экологические факторы. По каждому фактору у вида есть диапазон в котором он может существовать (экологическая валентность). Если провести проекции от крайних точек диапазонов каждой оси факторов мы получим n-мерную фигуру, где n - количество значимых для вида экологических факторов. Модель в основном умозрительна, но позволяет получить хорошее представление об экологической нише . По Хатчинсону экологическая ниша может быть:

фундаментальной - определяемой сочетанием условий и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популяцию;

реализованной - свойства которой обусловлены конкурирующими видами.

Допущения модели:

Реакция на один фактор не зависит от воздействия другого фактора;

Независимость факторов друг от друга;

Пространство внутри ниши однородное с одинаковой степенью благоприятности.

Модель n-мерной ниши

Это различие подчёркивает, что межвидовая конкуренция приводит к снижению плодовитости и жизнеспособности и что в фундаментальной экологической нише может быть такая часть, занимая которую вид в результате межвидовой конкуренции не в состоянии больше жить и успешно размножаться. Эта часть фундаментальной ниши вида отсутствует в его реализованной нише . Таким образом, реализованная ниша всегда входит в состав фундаментальной или равна ей.

Одним из основных в современной экологии является понятие экологической ниши. Впервые об экологической нише заговорили зоологи. В 1914 г. американский зоолог-натуралист Дж. Гриннелл и в 1927 г. английский эколог Ч. Элтон термином «ниша» определили самую мелкую единицу распространения вида, а также место данного организма в биотической среде, его положение в цепях питания.

Обобщенным определением экологической ниши является следующее: это место вида в природе, обусловленное совокупным набором факторов внешней среды. Экологическая ниша включает не только положение вида в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе.

— это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.

Так как при определении экологической ниши следует учитывать большое число факторов, то место вида в природе, описываемое этими факторами, представляет собой многомерное пространство. Такой подход позволил американскому экологу Г. Хатчинсону дать следующее определение экологической ниши: это часть воображаемого многомерного пространства, отдельные измерения которого (векторы) соответствуют факторам, необходимым для нормального существования вида. При этом Хатчинсон выделял нишу фундаментальную , которую может занять популяция при отсутствии конкуренции (она определяется физиологическими особенностями организмов), и нишу реализованную, т.е. часть фундаментальной ниши, в пределах которой вид реально встречается в природе и которую он занимает при наличии конкуренции с прочими видами. Понятно, что реализованная ниша, как правило, всегда меньше фундаментальной.

Некоторые экологи подчеркивают, что в пределах своей экологической ниши организмы должны не только встречаться, но и быть способными к воспроизводству. Поскольку существует видовая специфичность к любому экологическому фактору, постольку и экологические ниши видов специфичны. Каждый вид имеет свою, свойственную ему экологическую нишу.

Большинство видов растений и животных могут существовать только в специальных нишах, в которых поддерживаются определенные физико-химические факторы, температура и источники питания. После того как в Китае, например, началось уничтожение бамбука, панда, чей рацион на 99 % состоит из этого растения, оказалась на грани вымирания.

Виды с общими нишами могут легко приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания, поэтому опасность их вымирания невысока. Типичные представители видов с общими нишами — мыши, тараканы, мухи, крысы и люди.

Закон конкурентного исключения Г. Гаузе для близких по экологии видов в свете учения об экологической нише может быть сформулирован таким образом: два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Выход из конкуренции достигается расхождением требований к среде или, другими словами, разграничением экологических ниш видов.

Конкурирующие виды, обитающие совместно, для ослабления конкуренции часто «разделяют» имеющиеся ресурсы. Типичный пример — деление на животных, активных днем, и проявляющих свою активность ночью. Летучие мыши (каждое четвертое в мире млекопитающее принадлежит к этому подотряду рукокрылых) делят воздушное пространство с другими охотниками на насекомых — птицами, используя смену дня и ночи. Правда, у летучих мышей есть несколько относительно слабых конкурентов, таких как совы и козодои, которые также активны ночью.

Похожее разделение экологических ниш на дневную и ночную «смены» наблюдается у растений. Одни растения распускают цветки днем (большинство дикорастущих видов), другие — ночью (любка двулистная, душистый табак). При этом ночные виды испускают еще и привлекающий опылителей запах.

Экологические амплитуды некоторых видов бывают очень малы. Так, в тропической Африке один из видов червей живет под веками гиппопотама и питается исключительно слезами этого животного. Более узкую экологическую нишу трудно себе представить.

Концепция экологической ниши вида

Положение вида, которое он занимает в обшей системе биоценоза, включая комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды, называют экологической нишей вида.

Концепция экологической ниши оказалась очень плодотворной для понимания законов совместной жизни видов. Понятие «экологическая ниша» следует отличать от понятия «местообитание». В последнем случае подразумевается та часть пространства, которая заселена видом и которая обладает необходимыми абиотическими условиями для его существования.

Экологическая ниша вида зависит не только от абиотических условий среды, но и в не меньшей мере от его биоценотического окружения. Это характеристика того образа жизни, который вид может вести в данном сообществе. Сколько на Земле видов живых организмов — столько же и экологических ниш.

Правило конкурентного исключения может быть выражено таким образом, что два вида не уживаются в одной экологической нише. Выход из конкуренции достигается благодаря расхождению требований к среде, изменению образа жизни, что является разграничением экологических ниш видов. В этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе.

Разделение совместно живущими видами экологических ниш с частичным их перекрыванием - один из механизмов устойчивости природных биоценозов. Если какой-либо из видов резко снижает свою численность или выпадает из состава сообщества, его роль берут на себя другие.

Экологические ниши растений, на первый взгляд, менее разнообразны, чем животных. Они четко очерчены у видов, различающихся по питанию. В онтогенезе растения, как и многие животные, меняют экологическую нишу. С возрастом они более интенсивно используют и преобразуют среду.

У растений имеет место перекрывание экологических ниш. Оно усиливается в отдельные периоды при ограничении ресурсов среды, но поскольку виды используют ресурсы индивидуально, избирательно и с разной интенсивностью, конкуренция в устойчивых фитоценозах ослабляется.

На богатство экологических ниш в биоценозе оказывают влияние две группы причин. Первая — условия среды, предоставляемые биотопом. Чем мозаичнее и разнообразнее биотоп, тем больше видов могут размежевать в нем свои экологические ниши.

Положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды называют экологической нишей вида.

Концепция экологической ниши оказалась очень плодотворной для понимания законов совместной жизни видов. Над ее развитием работали многие экологи: Дж. Гриннелл, Ч. Элтон, Г. Хатчинсон, Ю. Одум и др.

Понятие «экологическая ниша» следует отличать от понятия «местообитание». В последнем случае подразумевается та часть пространства, которая заселена видом и которая обладает необходимыми абиотическими условиями для его существования. Экологическая ниша вида зависит не только от абиотических условий среды, но и в не меньшей мере от его биоценотического окружения. Характер занимаемой экологической ниши определяется как экологическими возможностями вида, так и тем, насколько эти возможности могут быть реализованы в конкретных биоценозах. Это характеристика того образа жизни, который вид может вести в данном сообществе.

Г. Хатчинсон выдвинул понятия фундаментальной и реализованной экологической ниши. Под фундаментальной понимается весь набор условий, при которых вид может успешно существовать и размножаться. В природных биоценозах, однако, виды осваивают далеко не все пригодные для них ресурсы вследствие, прежде всего, конкурентных отношений.Реализованная экологическая ниша – это положение вида в конкретном сообществе, где его ограничивают сложные биоценотические отношения. Иными словами, фундаментальная экологическая ниша характеризует потенциальные возможности вида, а реализованная – ту их часть, которая может осуществиться в данных условиях, при данной доступности ресурса. Таким образом, реализованная ниша всегда меньше, чем фундаментальная.

В экологии широко обсуждается вопрос о том, сколько экологических ниш может вместить биоценоз и сколько видов какой-либо конкретной группы, имеющих близкие требования к среде, могут ужиться вместе.

Специализация вида по питанию, использованию пространства, времени активности и другим условиям характеризуется как сужение его экологической ниши, обратные процессы – как ее расширение. На расширение или сужение экологической ниши вида в сообществе большое влияние оказывают конкуренты. Правило конкурентного исключения, сформулированное Г. Ф. Гаузе для близких по экологии видов, может быть выражено таким образом, что два вида не уживаются в одной экологической нише.

Эксперименты и наблюдения в природе показывают, что во всех случаях, когда виды не могут избежать конкуренции за основные ресурсы, более слабые конкуренты постепенно вытесняются из сообщества. Однако в биоценозах возникает много возможностей хотя бы частичного разграничения экологических ниш близких по экологии видов.

Выход из конкуренции достигается благодаря расхождению требований к среде, изменению образа жизни, что, другими словами, является разграничением экологических ниш видов. В этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе. Каждый из живущих вместе видов в отсутствие конкурента способен на более полное использование ресурсов. Это явление легко наблюдать в природе. Так, травянистые растения ельника способны довольствоваться небольшим количеством почвенного азота, которое остается от перехвата его корнями деревьев. Однако если на ограниченной площадке обрубить корни этих елей, условия азотного питания трав улучшаются и они бурно идут в рост, принимая густо-зеленую окраску. Улучшение условий жизни и увеличение численности какого-либо вида в результате удаления из биоценоза другого, близкого по экологическим требованиям, называется конкурентным высвобождением.

Разделение совместно живущими видами экологических ниш с частичным их перекрыванием – один из механизмов устойчивости природных биоценозов. Если какой-либо из видов резко снижает свою численность или выпадает из состава сообщества, его роль берут на себя другие. Чем больше видов в составе биоценоза, тем ниже численность каждого из них, тем сильнее выражена их экологическая специализация. В этом случае говорят о «более плотной упаковке экологических ниш в биоценозе».

У близкородственных видов, живущих вместе, обычно наблюдаются очень тонкие разграничения экологических ниш. Так, пасущиеся в африканских саваннах копытные по-разному используют пастбищный корм: зебры обрывают в основном верхушки трав, антилопы гну кормятся тем, что оставляют им зебры, выбирая при этом определенные виды растений, газели выщипывают самые низкие травы, а антилопы топи довольствуются высокими сухими стеблями, оставшимися после других травоядных. Такое же «разделение труда» в южноевропейских степях осуществляли когда-то дикие лошади, сурки и суслики (рис. 92).

Рис. 92. Разные виды травоядных поедают траву на разной высоте в африканских саваннах (верхние ряды) и в степях Евразии (нижние ряды) (по Ф. Р. Фуэнте, 1972; Б. Д. Абатурову, Г. В. Кузнецову, 1973)

В наших зимних лесах насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях, также избегают конкуренции друг с другом за счет разного характера поиска. Например, поползни и пищухи собирают пищу на стволах. При этом поползни стремительно обследуют дерево, быстро схватывая попадающихся на глаза насекомых или семена, оказавшиеся в крупных трещинах коры, тогда как мелкие пищухи тщательно обшаривают на поверхности ствола малейшие щелки, в которые проникает их тонкий шиловидный клюв. Зимой в смешанных стайках большие синицы ведут широкий поиск на деревьях, в кустах, на пнях, а часто и на снегу; синицы-гаички обследуют преимущественно крупные ветви; длиннохвостые синицы ищут корм на концах ветвей; мелкие корольки тщательно обшаривают верхние части крон хвойных.

Муравьи существуют в природных условиях многовидовыми ассоциациями, члены которых различаются по образу жизни. В лесах Подмосковья чаще всего обнаруживается такая ассоциация видов: доминантный вид (Formica rufa, F. aquilonia или Lasius fuliginosus) занимает несколько ярусов, в почве активен L. flavus, в подстилке леса – Myrmica rubra, напочвенный ярус осваивают L. niger и F. fusca, деревья – Camponotus herculeanus. Специализация к жизни в разных ярусах отражается в жизненной форме видов. Кроме разделения в пространстве, муравьи отличаются и по характеру добывания пищи, по времени суточной активности.

В пустынях наиболее развит комплекс муравьев, собирающих пищу на поверхности почвы (герпетобионтов). Среди них выделяются представители трех трофических групп: 1) дневные зоонекрофаги – активны в самое жаркое время, питаются трупами насекомых и активными днем мелкими живыми насекомыми; 2) ночные зоофаги – охотятся на малоподвижных насекомых с мягкими покровами, которые появляются на поверхности только ночью, и на линяющих членистоногих; 3) карпофаги (дневные и ночные) – поедают семена растений.

Совместно могут обитать по нескольку видов из одной трофической группы. Механизмы выхода из конкуренции и разграничения экологических ниш при этом следующие.

1. Размерная дифференциация (рис. 93). Например, средние веса рабочих особей трех наиболее обычных в песках Кызылкумов дневных зоонекрофагов относятся как 1:8:120. Примерно такое же соотношение весов у некрупной кошки, рыси и тигра.

Рис. 93. Сравнительные размеры четырех видов муравьев из группы дневных зоонекрофагов в песчаной пустыне Центральных Каракумов и распределение добычи трех видов по весовым классам (по Г. М. Длусскому, 1981): 1 – средний и крупный рабочие Cataglyphis setipes; 2 – С. pallida; 3 – Acantholepis semenovi; 4 – Plagiolepis pallescens

2. Поведенческие различия заключаются в разной стратегии фуражировки. Муравьи, которые создают дороги и используют мобилизацию носильщиков для переноса в гнездо обнаруженной пищи, питаются преимущественно семенами растений, образующих куртины. Муравьи, фуражиры которых работают как одиночные сборщики, собирают в основном семена растений, распределенных дисперсно.

3. Пространственная дифференциация. В пределах одного яруса сбор пищи разными видами может быть приурочен к разным участкам, например на открытых местах или под кустиками полыни, на песчаных или глинистых площадках и т. д.

4. Различия во времени активности относятся преимущественно ко времени суток, но у некоторых видов отмечены несовпадения активности и по сезонам года (преимущественно весенняя или осенняя активность).

Экологические ниши видов изменчивы в пространстве и во времени. Они могут быть резко разграничены в индивидуальном развитии в зависимости от стадии онтогенеза, как, например, у гусениц и имаго чешуекрылых, личинок и жуков майского хруща, головастиков и взрослых лягушек. В этом случае меняется и среда обитания, и все биоценотическое окружение. У других видов экологические ниши, занимаемые молодыми и взрослыми формами, более близки, но тем не менее между ними всегда имеются различия. Так, взрослые окуни и их мальки, живущие в одном и том же озере, используют для своего существования разные энергетические источники и входят в разные цепи питания. Мальки живут за счет мелкого планктона, взрослые – типичные хищники.

Ослабление межвидовой конкуренции приводит к расширению экологической ниши вида. На океанических островах с бедной фауной ряд птиц по сравнению с их сородичами на материке заселяет более разнообразные местообитания и расширяет спектр кормов, так как не сталкивается при этом с конкурирующими видами. У островных обитателей отмечается даже повышенная изменчивость формы клюва как показатель расширения характера кормовых связей.

Если межвидовая конкуренция сужает экологическую нишу вида, не давая проявиться всем его потенциям, то внутривидовая конкуренция, наоборот, способствует расширению экологических ниш. При возросшей численности вида начинается использование дополнительных кормов, освоение новых местообитаний, появление новых биоценотических связей.

В водоемах растения, полностью погруженные в воду (элодея, роголистник, уруть), оказываются в иных условиях температуры, освещенности, газового режима, чем плавающие на поверхности (телорез, водокрас, ряска) или укореняющиеся на дне и выносящие листья на поверхность (кувшинка, кубышка, виктория). Различаются они и взаимосвязями со средой. Эпифиты тропических лесов занимают сходные, но все же не идентичные ниши, так как относятся к разным экологическим группам по отношению к свету и воде (гелиофиты и сциофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты). Разные эпифитные орхидеи имеют узкоспециализированных опылителей.

В зрелом широколиственном лесу деревья первого яруса – дуб обыкновенный, вяз гладкий, клен платановидный, липа сердцелистная, ясень обыкновенный имеют сходные жизненные формы. Древесный полог, образованный их кронами, оказывается в одном горизонте, в сходных условиях среды. Но внимательный анализ показывает, что они по-разному участвуют в жизни сообщества и, следовательно, занимают разные экологические ниши. Эти деревья различаются по степени светолюбия и теневыносливости, срокам цветения и плодоношения, способам опыления и распространения плодов, составу консортов и проч. Дуб, вяз и ясень – анемофильные растения, но насыщение среды их пыльцой происходит в разные сроки. Клен и липа – энтомофилы, хорошие медоносы, но цветут в разное время. У дуба – зоохория, у остальных широколиственных деревьев – анемохория. Состав консортов у всех разный.

Если в широколиственном лесу кроны деревьев находятся в одном горизонте, то активные корневые окончания располагаются на разной глубине. Корни дуба проникают наиболее глубоко, выше располагаются корни клена и еще более поверхностно – ясеня. Опад разных видов деревьев утилизируется с разной скоростью. Листья липы, клена, вяза, ясеня к весне почти полностью разлагаются, а листья дуба и весной еще образуют рыхлую лесную подстилку.

В соответствии с представлениями Л. Г. Раменского об экологической индивидуальности видов и с учетом того, что виды растений в сообществе по-разному участвуют в освоении и преобразовании среды и трансформации энергии, можно считать, что в сложившихся фитоценозах каждый вид растения имеет свою экологическую нишу.

В онтогенезе растения, как и многие животные, меняют экологическую нишу. С возрастом они более интенсивно используют и преобразуют среду. Переход растения в генеративный период заметно расширяет круг консортов, меняет размер и напряженность фитогенного поля. Средообразующая роль стареющих, сенильных растений убывает. Они теряют многих консортов, но увеличивается роль связанных с ними деструкторов. Продукционные процессы ослабляются.

У растений имеет место перекрывание экологических ниш. Оно усиливается в отдельные периоды при ограничении ресурсов среды, но поскольку виды используют ресурсы индивидуально, избирательно и с разной интенсивностью, конкуренция в устойчивых фитоценозах ослабляется.

Рис. 94. Корреляция между разнообразием лиственных ярусов и видовым разнообразием птиц (индексы Шеннона по Макартуру из Э. Пианка, 1981)

Список литературы

Шилов И. А. Экология. М.: Высшая школа, 1997.

Христофорова Н.К. Основы экологии. Владивосток: Дальнаука, 1999.

Гиляров А. М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990.

Под гомотипическими реакциями понимают взаимодействия между особями одного вида. Жизнедеятельность животных и расте­ний при совместном обитании в значительной степени зависит от численности и плотности популяции. В связи с этим большое эколо­гическое значение имеют явления, связанные с так называемыми эффектами группы и массы.

Эффект группы - это влияние группы как таковой и числа ин­дивидуумов в группе на поведение, физиологию, развитие и раз­множение особей, вызванное восприятием присутствия особей сво­его вида через органы чувств.

Многие насекомые (сверчки, тараканы, саранчовые и др.) в группе имеют более интенсивный, чем при жизни поодиночке, мета­болизм, быстрее растут и созревают. Баклан ~ главный производи­тель гуано в Перу, может существовать лишь при условии, если в его колониях насчитывается не менее 10 000 особей и на 1м2 прихо­дится 3 гнезда. При совместной жизни легче искать и добывать пи­щу, а также защиться от врагов. Объединенные в стаю волки спо­собны убивать добычу более крупных размеров, чем действуя в одиночку. Бизоны, мускусные быки и другие жвачные успешнее обороняются от хищников, если они объединены в стада,

Нередко эффект группы проявляется уже при совместном су­ществовании двух животных. Он может приводить не только к поло­жительным, но и к отрицательным результатам. Например, рост го­ловастиков в группе замедляется. Как правило, при небольшой чис­ленности группы преобладают положительные эффекты, а при из­быточной плотности животных доминируют отрицательные явления. Так, в перенаселенных группах домовых мышей падает плодови­тость и даже совсем прекращается размножение. У мучного хрущака при высокой плотности популяции намного увеличивается доля бес­плодных яиц.

Групповой эффект наиболее ярко выражается при наличии у животных явления фазности. т, е. способности вида существовать одновременно в двух формах - в форме одиночных особей и в форме групп. Эффект группы на­глядно виден у мигрирующих саранчовых, которые при изолированном воспи­тании представляют собой одиночную фазу (солитария), окрашенную в зеле­ный цвет. а при скученном воспитании возникает стадная фаза (грегария), от­личающаяся контрастными черными пятнами на оранжевом или светло-коричневом основном фоне.

Эффект массы, в отличие от эффекта группы не связан с вос­приятием особями одного вида присутствия друг друга. Он вызыва­ется изменениями в среде обитания, происходящими при увеличе­нии численности особей и плотности популяции. Как правило, эф­фект массы отрицательно сказывается на плодовитости, скорости роста, длительности жизни животных. Например, при развитии попу­ляции мучного хрущака в муке постоянно накапливаются экскремен­ты, линочные шкурки, что приводит к ухудшению муки как среды обитания. Это вызывает падение плодовитости и повышение смерт­ности в популяции жуков.

В природе эффекты группы и массы далеко не всегда легко различить, поскольку они нередко проявляются одновременно. Ис­ключительно важную роль играют групповые и массовые эффекты в динамике численности популяций, выступая в ряду так называемых зависящих от плотности факторов, которые регулируют численность популяции по принципу обратной связи.

Здесь следует упомянуть принцип Олли: для каждого вида существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. Как перена­селенность. так и недоселенность (или отсутствие агрегации) могут оказывать неблагоприятное влияние. Это положение подтверждено многочисленными наблюдениями и экспериментами. Известно, например, что для успешного выживания стадо слонов должно состоять по крайней мере из 25 особей, а стадо северного оленя - минимум из 300 голов. Гнездящиеся совместно чай­ки и другие птицы часто не могут успешно размножаться, если колония слиш­ком мала. Однако и очень большая численность группы для них оказывается неблагоприятной. Таким образом, действие принципа Олли объясняется со­вместным влиянием эффектов группы и массы.

К гомотипическим реакциям кроме группового и массового эффектов относится еще одна форма взаимодействия между осо­бями одного вида - внутривидовая конкуренция. Сам термин по­явился сравнительно недавно. Раньше в том же значении использо­вался термин «борьба за существование», предложенный Ч. Дарвиным, т. е. борьба за возможность выжить, для чего необхо­дима энергия, получаемая растениями в виде солнечного света, а животными в виде различных пищевых материалов. Поэтому в борь­бе за овладение источниками энергии происходит напряженная кон­куренция, возникает соперничество между особями одного вида. В

Отношении всех видов конкуренции существует правило: чем более.совпадают потребности конкурентов, тем острее конкуренция. Сле­довательно, внутривидовая конкуренция острее межвидовой, конку­ренция между особями одной популяции острее, чем между особя­ми разных популяций, и т. д. Победивший в конкурентной борьбе Имеет возможность оставить потомство, а следовательно, передать свои гены по наследству. Уступивший в конкурентной борьбе поги­бает или, точнее, элиминируется. Таким образом, основной резуль­тат, к которому приводит внутривидовая конкуренция - дивергенция особей, завершающаяся формированием популяций <рис. 6.1).

рис 6.1, Схема дивергенции особей в четырех поколениях. Перечеркнуты кружки, соответствующие особям, которые не оставили потомства.

Различают две основные формы конкуренции - прямую и кос­венную. Прямая конкуренция, или интерференция, осуществляется путем прямого влияния особей друг на друга, например, при агрес­сивных столкновениях между животными или при выделении токси­нов (аллелопатия) у растений и микроорганизмов. Интерференция у животных не обязательно заключается во взаимной агрессивности. Она может возникать, например, когда одни животные своим пове­дением лишают других доступа к пище, укрытиям, к местам для

размножения и т- д.

Косвенная конкуренция не предполагает непосредственного

Взаимодействия между особями. Она происходит опосредованно -67

через потребление разными животными одного и того же ресурса, который обязательно должен быть ограниченным. Поэтому такую конкуренцию обычно называют эксплуатационной. В качестве при­чины. вызывающей конкуренцию, может выступать любой лимитиро­ванный ресурс, а также места для размножения, укрытия и т. д, При эксплуатационной конкуренции преимущество получают животные, способные быстрее и эффективнее использовать ресурсы, являю­щиеся предметом конкуренции, и уменьшать их количество, доста­ющееся другим животным,

Внутривидовая конкуренция нередко проявляется в территориальнос­ти - охране отдельными животными или их группами индивидуальных участ­ков. Обычно охраняется кормовая территория. Это характерно для некоторых видов насекомых, рыб, многих видов ящериц, млекопитающих и подавляюще­го большинства видов птиц. Существуют также гнездовые и брачные террито­рии, появление которых обусловлено наличием конкурентной борьбы за места размножения или за брачного партнера. Конкуренция за некоторый ограни­ченный ресурс обычно приводит к более равномерному пространственному размещению животных. У животных с общественным поведением конкуренция нередко выражается в возникновении иерархии доминирования, позволяющей упорядочить распределение ресурсов между животными в группе.

Поскольку основным объектом внутривидовой конкуренции служит энергия, то среди растений наиболее острая борьба идет за свет. При слишком большой густоте произрастания растения зате­няют друг друга. Конкуренция выражается также в гибели опреде­ленного количества растений, в результате чего плотность после­дних снижается. Это явление хорошо выражено у некоторых культур (морковь, свекла). Оно наблюдается и в лесу, где молодых деревьев гораздо больше, чем старье.

Конкуренция за свет влияет на форму деревьев: у них совершенно раз­личный вид в зависимости от того, растут ли они в лесу или поодиночке. На­пример, у дуба, если он растет отдельно, крона шарообразной формы, так как нижние боковые ветви получают достаточное количество света чтобы разви­ваться не хуже верхних. В лесу же, напротив, листва нижних ветвей затенена выше расположенными ветвями как этого дерева, так и соседних растений. Происходит естественный процесс отмирания и опадения ветвей, листья кото­рых получают мало света и которых баланс ассимиляции и дыхания отрица­тельный. По мере роста в высоту опадение нижних ветвей происходит быст­рее. и дерево принимает лесную форму, отличающуюся прямым цилиндричес­ким стволом, который на большом протяжении лишен ветвей.

Конкуренция протекает, но не по принципу «включена-выклю­чена". Напротив, ее уровень непрерывно меняется в зависимости от конкретных условий. Так, в экологическом вакууме конкуренция сла­бо выражена или отсутствует, а в насыщенной среде она играет большую роль во взаимоотношениях между особями-

6.2. ГЕТЕРОТИПИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Гетеротипические реакции - это взаимодействия между осо­бями, принадлежащими к разным видам. Две популяции либо влия­ют, либо не влияют друг на друга. Если влияние есть, то оно может быть благоприятным или неблагоприятным. Для рассмотрения гете-ротипических реакций составим таблицу, где символами обозначены возможные взаимодействия.

Различные типы взаимодействий между популяциями видов А и В

Примечание. "О" - нет влияния на данный аид, + .. - благоприятное влияние, "-" - неблагоприятное (отрицательное) влияние.

Если каждая из двух популяций неблагоприятно влияет на дру­гую, то взаимоотношения между ними носят характер конкуренции. В типичном случае двум популяциям требуется один и тот же ресурс (или ресурсы), имеющийся в недостатке. Если две популяции не взаимодействуют и ни одна из них не влияет на другую, то имеет место нейтрализм - случай, не представляющий особого экологи­ческого интереса. Истинный нейтрализм в природе очень редок, по­скольку в любой экосистеме между всеми популяциями возможны косвенные взаимодействия. Приносящие обоюдную пользу взаимо­действия относят к мутуализму, если объединение двух популяций облигатное (ни одна из сторон не может существовать без другой). В таком случае говорят о симбиозе, а популяции называют симбион­тами.

Широко известным примером мутуализма могут служить лишайники. представляющие собой симбио? водоросли и гриба. В животном мире пример наиболее совершенного симбиоза дают термиты, пищеварительный тракт ко­торых служит приютом для жгутиковых. Термиты известны своей способнос­тью питаться древесиной, несмотря на отсутствие у них ферментов, гидроли-эующих целлюлозу. Это делают за них жгутиконосцы. Образующийся сахар в

основном используется простейшими, оянако и термитам остается вполне до­статочно, Термиты не могут существовать без этой кишечной фауны: свеже-вылупиашийся термит инстинктивно слизывает жгутиконосцев с другой особи, При каждой линьке термиты лишаются всех жгутиконосцев, но. поскольку они живут колониями, каждая особь после линьки вновь получает их от соседа. В свою очередь жгутиконосцы снабжаются благодаря деятельности термитов необходимым количеством пищи и находятся в полной безопасности и в срав­нительно постоянных условиях среды.

Симбиоз может играть важную экологическую роль. Растения, живущие в симбиозе с бактериями - фиксаторами азота, обогащают почву азотистыми веществами. Древесные породы с фиксирующими азот клубеньками часто первыми заселяют бедные почвы.

При сотрудничестве обе популяции образуют сообщество. Оно не является обязательным, так как каждый вид может суще­ствовать изолированно, но жизнь в сообществе приносит обоим пользу. Иногда вместо термина "сотрудничество" употребляют тер­мин «протокооперация».

Совместное гнездование нескольких видов птиц, таких как крачки и цапли, представляет собой пример сотрудничества, позволяющего им более успешно защищаться от хищников. При совместном гнездовании белой цапли и розовой колпицы самцы цапель воруют ветки из гнезд колпиц. Подобные кражи иной раз приводят к дракам, но чаще робкие колпицы ограничиваются глухим горловым ворчанием - все же преимущества, благодаря такому образу жизни, перевешивают неприятности от посягательства цапель. Широко извес­тен в литературе пример сотрудничества актинии с раком-отшельником. Акти­ния защищает рака-отшельника от врагов своими стрекательными щупальца­ми, а в ответ получает остатки его трапезы.

В случае комменсализма, популяции одного вида сообщества (комменсал) извлекают пользу из сожительства, а популяции друго­го вида (хозяин) не имеют никакой выгоды. Отношения между ком-менсалами и хозяевами характеризуются взаимной терпимостью.

Часто комменсал использует хозяина для передвижения. На наземных жуках, особенно на навозниках и мертвоедах, встречаются подвижные личинки гамазовых клещей, которые таким способом и расселяются.

Об аменсалиэме говорят в тех случаях, когда одна популяция, именуемая аменсалом, претерпевает угнетение роста и размноже­ния, а вторая, называемая ингибитором, таким испытаниям не под­вержена. Аменсализм известен только у растений, грибов и бакте­рий.

благодаря выделению корнями токсических веществ ястребинка из се­мейства сложноцветных вытесняет другие однолетние растения и образует чистые заросли на довольно больших площадях. Многие грибы и бактерии синтезируют антибиотики, тормозящие рост других бактерий.

6.3. ПРИНЦИП КОНКУРЕНТНОГО ИСКЛЮЧЕНИЯ. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДИВЕРСИФИКАЦИЯ

Решающее значение в природе имеет межвидовая конкурен­ция, поскольку она в большей степени, чем другие гетеротипические реакции, определяет роль видов в экосистемах. Межвидовая конку­ренция - это такое взаимодействие, когда два вида соперничают из-за Одних и тех же источников существования - пищи, простран­ства и т. п. Причем она возникает в тех случаях, если использование источника ресурсов одним видом ведет к ограничению использова-

" ния его другим.

Внутривидовая конкуренция сильнее межвидовой, но правило конкуренции распространяется и на последнюю: конкуренция между двумя видами тем сильнее, чем ближе их потребности. В крайнем случае можно допустить, что два вида с совершенно одинаковыми потребностями не могут существовать вместе: один из них через ка­кое-то время обязательно будет вытеснен. Это положение получило статус закона, известного под названием принципа конкурентного вытеснения, или принципа Гаузе, - в честь Г.Ф. Гаузе, впервые про­демонстрировавшего это явление в экспериментах с инфузориями

При изолированном содержании численность популяций обоих видов инфузорий (рис.6.2, кривые 7) увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимума. В смешанной культуре популяция второго

вида (рис. 6.2,6, кривая 2) растет быстрее, чем первого (рис- 6.2,а, кривая 2). что приводит к ограничению ее численности. Если не произойдет изменений в параметрах конкуренции, то конкурентное исключение (вымирание первой популяции) - лишь вопрос времени.

Иногда два близких вида, имеющих одинаковые пищевые по­требности, живут на одной территории, не конкурируя друг с другом. Такие, казалось бы, исключений из принципа Гаузе можно обнару­жить среди птиц. В Англии большой баклан и хохлатый баклан со­вместно гнездятся на одних и те же скалах и кормятся в одних и тех же водах, но они вылавливают разную пищу. Большой баклан ныряет глубоко и питается преимущественно бентическими животными (камбала, креветки), тогда как хохлатый баклан охотится в поверхно­стных водах на сельдевых рыб.

О Ч 8 12 1G Длительность эксперимента, сутки

Рис. 6.2. Конкурентное исключение, продемонстрированное в лабораторном эксперименте на двух видах инфузорий (по Гаузе, 1934),

а - Paramecium caudaium, б - Р. aurelia: 1 - в изолированной культуре. 2 - а смешанной культуре.

Подобные факты, а их много, подводят нас к понятию эколо­гической ниши. предложенному Элтоном еще в 1927 г. По образно­му выражению Одума, местообитание - это адрес вида, тогда как экологическая ниша - это род его занятий. Иными словами, знание экологической ниши дает возможность ответить на вопросы: где, чем и как питается вид. чьей добычей он сам является, каким обра­зом и где он размножается и т. д. Современное определение звучит следующим образом: экологическая ниша - это роль вида в пере­носе энергии в экосистеме. Имеющиеся в экологической литературе трактовки данного понятия чрезвычайно разнообразны. Все же мож­но дать следующую наиболее общую формулировку: экологическая ниша - это общая сумма всех требований организма к условиям существования, включая занимаемое им пространство, функцио­нальную роль в сообществе (например, трофический статус) и его толерантность по отношению к факторам среды - температуре, влажности, кислотности, составу почвы и др.

Названные три критерия определения экологической ниши удобно обозначать как пространственную, трофическую и много­мерную ниши. Пространственная ниша, или ниша местообитания, может быть названа «адресом» организма. Трофическая ниша ха­рактеризует особенности питания и, следовательно, роль организма в сообществе, как бы его «профессию". Многомерная, или гиперп­ространственная, ниша - это диапазон всех условий, при которых живет и воспроизводит себя особь или популяция. Для интерпрета­ции этого понятия используется теория множеств. Многомерная ни­ша - это область в гиперпространстве, измерениями которого слу­жат различные экологические факторы; она охватывает диапазоны толерантности по каждому фактору-измерению. Такой акцент ис­ключает из рассмотрения функциональный и поведенческий аспекты

Различают фундаментальную (потенциальную) нишу, которую

организм мог бы занимать в отсутствие конкурентов, хищников и других врагов и в которой физические условия оптимальны, и реали­зованную нишу - фактический диапазон условий существования организма, который или меньше фундаментальной ниши, или равен ей. Фундаментальную нишу называют иногда преконкурентной, а реализованную - постконкурентной. Однако это не синонимы, по­скольку не только конкуренция ограничивает ширину реализованной

Теперь конкретизируем принцип Гаузе: два вида не могут за­нимать одну и ту же экологическую нишу. Принцип Гаузе явился важным экологическим обобщением. Он позволил увидеть, что для

сосуществования видов в конкурентных сообществах абсолютно не­обходимы какие-то различия их экологических ниш. Поскольку для каждой из конкурирующих сторон избегание взаимодействия выгод­но, конкуренция играет роль мощного эволюционного фактора, при­водящего к разделению ниш, специализации видов и возникнове­нию видового разнообразия. Явление разделения экологических ниш в результате межвидовой конкуренции получило название эко­логической диверсификации.

Экологическая диверсификация между обитающими совмест­но (т. е- симпатрическими) видами в большинстве случаев осуще­ствляется по следующим трем параметрам" пространственному размещению, пищевому рациону и распределению активности во времени. Как правило, для значительного ослабления и даже полно­го устранения конкуренции достаточно возникновения четких разли­чий по одному из этих параметров. Различия в пространственном размещении заключаются в выборе видами разных стаций или даже микростаций.

Большой пестрый дятел ищет пищу в основном на стволах деревьев. средний пестрый - на больших ветвях, а малый пестрый дятел - на ветках кроны. Благодаря пути из варяг в греки на север проникла черная крыса. Она загнала серую крысу в подполье, а сама обосновалась на чердаках. Когда в связи с развитием судоходства на юге появилась серая крыса, или пасюк, то она вытеснила черную крысу на чердачные помещения, а сама обосновалась в подполье и канализационной сети.

Экологическая диверсификация по пищевому рациону - ши­роко распространенное явление- Не раз было показано, что близко­родственные виды животных характеризуются различными пищевы­ми потребностями. Пищевые рационы пустынных ящериц, принад­лежащих к нескольким симпатрическим видам, состоят у одних пре­имущественно из муравьев, у других из термитов, у третьих из яще­риц других видов или только растений. Сходные примеры различий в рационах у родственных симпатрических видов известны для многих птиц и млекопитающих. Разделение ниш часто бывает сопряжено с распределением активности видов во времени. Примерами могут служить разные типы суточной (ласточки и летучие мыши) или се­зонной (некоторые виды ящериц, насекомых) активности. В умерен­ных широтах у садовой и черноголовой славок наблюдается сдвиг в периодах кладки в две недели. В тропиках эти виды могут размно­жаться круглый год. так как постоянное обилие необходимых для их питания насекомых ослабляет конкуренцию.

Конкуренция за пищу приводит иногда к ускорению развития и измене­нию всего жизненного цикла вида. Интересный пример такой конкуренции представляют муха-саркофагида и оса-сфекс. Саркофагида заражает саран-

Одним из следствий экологической диверсификации является так называемое смещение признаков. Иногда особи двух широко распространенных видов более сходны в тех частях своих ареалов, в которых встречаются по отдельности (аллопатрически), чем на учас­тках совместного обитания. Например, два вида поползней столь похожи друг на друга в районах аллопатрии, что различить их может только специалист. Но в областях совместного обитания они имеют специфические признаки: у одного клюв и черная заглаэничная по­лоса больше, чем у другого.

На успехе в конкурентной борьбе того или иного вида сказы­вается влияние различных абиотических факторов. Воздействие среды на исход конкуренции изучалось в многочисленных лабора­торных экспериментах с двумя видами малого мучного хрущака, Tribolium castaneum и T.confusum. Было установлено, что при равен­стве исходной численности жуков обоих видов в жарком влажном климате (г"=34°С, относительная влажность 70\%) всегда побеждает T.castaneum. При ином соотношении начальной численности популя­ций независимо от факторов среды успех сопутствует то одному, то другому виду (рис. 6.3). Первоначальное доминирование какого-либо вида увеличивает вероятность его победы. При незначитель­ном перевесе в численности той или иной популяции (переходная зона) каждый из видов может одержать победу в зависимости от ус­ловий температуры и влажности.

Оценивая успех в конкурентной борьбе одного из двух видов в природных условиях, опираться на такой показатель, как исходная плотность популяции, не представляется возможным. Как правило, вид более специализированный, стенобионтный, оказывается и бо­лее конкурентоспособным по сравнению с видом эврибионтным.

Один из двух видов плоских червей обитает только в верховьях рек при температуре воды от 6,5 до 16°С, а другой вид. выносящий температуры в пределах от 6.5 до 23°С. может жить на всем протяжении реки. Когда оба ви­да симпатрические, то стенотермный вид вытесняет эвритермный из верховь­ев. и последний сохраняется только в нижнем течении реки. где значения температуры воды колеблются между 13 и 23°С.

На Кубе обитают два вида крокодилов: острорылый и кубинский. Не­смотря на общие биологические особенности они, за редким исключением, никогда вместе не встречаются. Острорылый крокодил имеет большую эколо­гическую пластичность, он хорошо переносит осолонение водоемов, поэтому широко распространен во многих прибрежных водоемах: устьях рек, лагунах и других низких местах. В отличие от острорылого кубинский крокодил встреча­ется только в пресных водах. При совместном обитании он как более специа­лизированный и поэтому более конкурентоспособный вытесняет острорылого крокодила из пресных водоемов, принуждая его переходить в солоноватые воды.

Число особей TritiBtium canrusum

Рис, 6.3. Зависимость исхода конкуренции между лабораторными линиями жуков Tribolium caslaneum и Г. confusum от начальных плот-ностей особей (по: Пианка, 1981).

Важным параметром вида является ширина его экологической ниши. Этот показатель всегда относителен. Мы можем говорить о широкой или узкой нише какого-нибудь организма лишь в сравнении с другими. Например, гусеницы дубовой листовертки, питающиеся только листьями дуба, имеют более узкую пищевую нишу, чем гусе­ницы непарного шелкопряда, развивающиеся на многих видах ли­ственных деревьев. Эврибионтные организмы обычно имеют более широкие ниши, чем стенобионтные. Однако экологическая ниша может иметь различную ширину по разным измерениям, таким как пространственное распределение, трофические связи и др.

Когда два организма различных видов используют одни и те же ресурсы, их ниши перекрываются. Перекрывание может быть полным или частичным, может быть по одному измерению ниши, но не быть по другим. Если какие-то ресурсы имеются в недостаточном количестве, то при перекрывании ниш возникает конкуренция, кото-

рая тем интенсивнее, чем сильнее это перекрывание. На рис. 6.4 показаны разные варианты взаимодействия экологических ниш.

Сипа фактора среды

Рис. 6.4. Примеры возможных взаимодействий экологических ниш видов А и в (по: Пианка, 1981). Объяснения в тексте,

В случае, когда ниши полностью разобщены (рис. 6.4.в), на­селяющие их виды не конкурируют друг с другом. Если они вообще не вступают в конкуренцию с другими организмами, то их ниши близки к потенциально возможным в данной ситуации. Когда эколо­гические ниши частично совпадают (рис. 6.4.6), сосуществование видов становится возможным благодаря специфичности их приспо­соблений, например, особи одного вида занимают убежища, недо­ступные для более активного конкурента. Наконец, когда ниша од­ного вида включает в себя нишу второго вида или эти ниши полнос­тью перекрываются (рис. 6.4,а), произойдет конкурентное исключе­ние одного из видов или доминирующий конкурент оттеснит своего соперника на периферию зоны приспособленности. Реальная эколо­гическая ниша слабого конкурента предельно сузится, заняв лишь некоторую часть потенциально возможной ниши. Именно поэтому целый ряд животных и растений живет в условиях, отличных от оп­тимальных. Например, многие растения, принимаемые за кальцие-фобные, переносят в чистой культуре самое различное содержание

кальция; в природных условиях эти растения сдерживаются в грани­цах своего ареала конкуренцией других видов.

нраевые опта- ^раебые мвльные

Межвидовая моннуренц.ия

Внутривидовая конкуренция --------------».

Рис, 6.5. Влияние межвидовой и внутривидовой конкуренции на распределение местообитаний у птиц (из Одума, 1975).

Конкуренция приводит к очень важным экологическим по­следствиям- В природе особи каждого вида являются объектами од­новременно межвидовой и внутривидовой конкуренции. Межвидовая конкуренция оказывает прямо противоположное, по сравнению с внутривидовой, влияние на пределы выносливости популяции, спо­собствуя сужению диапазона используемых ею местообитаний и ресурсов. Это происходит потому, что разные виды обычно имеют различную способность осваивать местообитания и потреблять ре­сурсы. При усилении внутривидовой конкуренции происходит диф­ференциация вида; он занимает большую территорию, распростра­няясь на менее благоприятные участки ареала (рис. 6.5). Расширя­ется экологическая ниша. Если преобладает межвидовая конкурен­ция, то происходит обратное: ареал уменьшается до территории с оптимальными условиями; одновременно увеличивается специали­зация (однообразие) вида.

Текущая страница: 18 (всего у книги 32 страниц) [доступный отрывок для чтения: 21 страниц]

Шрифт:

100% +

Глава 10
Концепция экологической ниши

Учение об экологической нише позволяет глубже рассмотреть конкуренцию, «плотную упаковку» биоценоза, его структуру, структуры популяции. Экологическая ниша дает ключ к познанию формирования и жизни сообщества, его видового разнообразия и гомеостаза.

Термин «ниша» (от фр. niche – гнездо) предложил в 1910 г. Р. Джонсон. Одним из первых (в 1917 г.) его употребил американский орнитолог Дж. Гринелл при изучении птиц пересмешников Калифорнии, понимая под нишей в основном положение организма в сообществе (понятие пространственной ниши). Позднее Ч. Элтон в книге «Экология животных» (1927) определил нишу животного как «его место в биотической среде, его отношения с пищей и врагами» и как «статус организма в сообществе». Вариант понятия ниши Элтона – это трофическая ниша. Особенно популярным стало одно из наиболее лаконичных определений ниши Одума как «профессии, образа жизни вида». Местообитание при этом обозначается как его «адрес», место жизни, пространство. Б.М. Миркин определяет первое как «место ценопопуляций в сообществе, а второе – положение популяции в ландшафте». Эти понятия несложно подкрепить конкретными примерами. Местообитанием, например, жуков-короедов является сосняк елово-черничный. Жизнь этих жуков связана в основном только с деревьями. Экологическая ниша большого соснового лубоеда (Blastophagus piniperda) – молодые побеги и основания стволов сосны, шестизубого короеда (Ips sexdentatus) – пространство под корой в нижней части стволов сосны, короеда-типографа (Ips typographic) – под корой старых елей.

Типографы, маленькие жуки, имеющие цилиндрическую форму тела, питаются корой, заболонью и древесиной дерева, проделывают в тканях ходы и приносят лесам громадный вред. Ходы заканчиваются расширением – колыбелькой, в которой откладываются яйца, развивается личинка и происходит окукливание. Весной жуки прогрызают себе прямо из колыбелек выходы наружу, образуя массу отверстий в коре, которые хорошо заметны. Следовательно, ниша – это место, привычки, пища, образ жизни вида. Это положение вида в системе факторов внешней среды относительно других видов, способных с ним конкурировать.

Рис. 76. Экологические ниши в лесу (по А.А. Корчагину, 1976):1 - под кронами деревьев; 2 - на краю крон деревьев; 3 - между кронами; 4 - на полуразложившейся и разложившейся древесине (стволы, пни и др.); 5 – приствольные повышения; 6 - прогалины

Рис. 77. Размещение экологических ниш, приуроченных к растению (по И.Н. Пономаревой, 1975);1 - корнееды; 2 - эккрисотрофы (поедающие корневые выделения), 3 -листоеды; 4- стволоеды; 5 - плодоеды; 6 – семяеды; 7 – цветоеды; 8- пыльцееды; 9 - сокососы; 10 - почкоеды

Вопросы, связанные с определением параметров ниш, их практическим выделением в природе, очень сложны. Некоторое представление об их разнообразии дают рис. 76, 77. Ниша все еще продолжает оставаться весьма абстрактным понятием. Ее нельзя увидеть глазами. Само понятие трактуется в литературе далеко неоднозначно. Э. Пианка считает его одним из наиболее нечетких в экологии.

Рис. 78. Модель экологической ниши (по Дж. Хатчинсону). По осям – отдельные факторы

В настоящее время широкое признание получила модель гиперпространственной ниши американского эколога Хатчинсона. Он определяет нишу как совокупность оптимальных условий, при которых данный организм может долго существовать и воспроизводить себя. Ниша организма (популяции, вида) – это многомерное пространство, ^-мерный гиперобъем, охватывающий разнообразный диапазон условий с необходимыми ресурсами, которые сохраняются в сообществе в течение всего периода жизнедеятельности особей вида (рис. 78). Однако этот диапазон условий по разным причинам (конкуренция, хищничество) редко используется полностью в данный момент времени. В связи с этим Хатчинсон предложил различать нишу фундаментальную (или потенциальную, преконкурентную) и нишу реализованную. Сам термин «фундаментальная ниша» был введен МакАртуром. Фундаментальная ниша – это ниша, не ограниченная конкуренцией, ниша потребностей. Некоторые авторы называют фундаментальной нишу вида.

Реализованная ниша является фактическим диапазоном условий существования организма в настоящее время, это часть фундаментальной ниши, которую удается защитить в сообществе от конкурентов (рис. 79). Каждый вид, проживая в условиях конкуренции, занимает в сообществе определенную реализованную нишу. Она обычно меньше, а следовательно, как бы вложена в нишу фундаментальную. Внедрение всякого нового вида в сообщество ведет к сокращению реализованных ниш его видов, а выпадение видов благоприятствует их расширению. Фундаментальная ниша олиготрофного вида очень широкая. Включает бедные и богатые местообитания. Но ею вид располагает только до вселения мезотрофных конкурентоспособных видов, которые через непродолжительное время заставляют его довольствоваться только самым бедным местообитанием. Таким путем в природе определяются реализованные ниши олиготрофных злаков, клеверов под действием мегатрофов, особенно ежи сборной. Суммарный эффект диффузной конкуренции способен сократить величину реализованной ниши до минимума, и вид может оказаться «выпихнутым» из сообщества группой других видов. Межвидовая конкуренция является главной силой, приводящей к разделению ниш. Реализованную нишу, учитывающую различные факторы ограничения организма, называют также фактической или постконкурентной нишей.

Рис. 79. Изображение ниш с помощью теории множеств (по Э. Пианка, 1981): модель фундаментальной ниши (суммарная площадь заштрихованного и покрытого точками пространства) и реализованной ниши (площадь заштрихованного участка) вида Ж; А, Б, В, Г, Д, Е - конкурирующие виды

По мнению Северцова (2004), реализованные ниши являются следствием не только межвидовой конкуренции. Основные различия между травяной и остромордой лягушками, например, связаны не с биотическими ресурсами (их хватает), а с абиотическими условиями их существования. Разные экологические ниши виды занимают не в силу конкурентного исключения (виды не конкурируют между собой), а по причине разных требований к среде, что обусловлено их разной эволюционной историей. Травяная лягушка живет в более холодных и глубоких водоемах, чем остромордая. В сообществе фитофагов (около 200 видов), потребителей тростника обыкновенного, в силу узкой специализации (использование разных частей растения для пищи и обитания), по данным Э.П. Нарчука (1996), нет места для конкуренции. Пищи хватает всем. Утилизируется только незначительная часть биомассы растения.

Реализованная ниша – это не просто среда, это освоенная и используемая среда. Это ниша популяции. Ю. Одум также подчеркивал, что экологическая ниша – не только физическое пространство, занимаемое организмом, но и фундаментальная роль организма в сообществе и его положение относительно градиентов внешних факторов – температуры, влажности, кислотности почв и других условий существования. Важно не только то, где вид живет, но и что он делает, каково его поведение, как реагирует на среду, как ограничен другими видами, каким путем получает энергию. Ниша – это позиция видов, выражение специализации его популяции в сообществе. Каждая экологически своеобразная стадия онтогенеза организма характеризуется своими фундаментальной и реализованной субнишами (или нишами). На разных стадиях онтогенеза головастики различаются и по питанию, и по отношению к хищникам, и по термотаксису.

В связи с учением о нише сложилось понятие гильдии (трофическая ассоциация, трофическая группировка). Термин предложен Р. Рутом в 1967 г. Гильдия определяется как внутрибиоценотическая группировка видов, использующих один и тот же класс ресурсов среды одинаковым способом или характеризующихся функциональной близостью. Виды гильдии относятся к одной «профессии», например все виды птиц, обитающие в кроне дубравы и питающиеся добытыми здесь насекомыми.

Главными аспектами учения о нише являются гомогенность, мерность, ширина и перекрывание ниш. Гомогенность следует понимать как равную пригодность любой точки ниши для успешного существования вида. Вероятность выживания особей вида за пределами ниши равна нулю. Вместе с тем допускается неравномерность нишевого пространства, представляющего собой ряд вложенных друг в друга гиперобъемов, образующих «слои», пригодность которых для вида падает от центра к периферии.

Мерность ниши – это по сути все разнообразие используемых ресурсов (энергия, вещество, место) и факторов среды (свет, температура, соленость, наличие конкурентов и др.). Ниша – многомерное пространство. В пространстве ниши любой параметр (абиотический и биотический) рассматривается как ось. Количество осей приближается к бесконечности, особенно если учесть, что отношение особей к факторам меняется в процессе онтогенеза. Оси отражают не только потребность организмов в питании, влаге, кислороде, местообитании. В жизни каждого растения, например, имеют значение колебания погодных условий, фактор опыления, продолжительность вегетационного периода, место в консортивных связях и др.

Размеры осей и их длина определяются приемлемыми для вида амплитудами факторов. Ось – это некий градиент, некое измерение пространства, на котором у каждого вида имеется свой диапазон активности или устойчивости. Многомерную модель ниши, предложенную Хатчинсоном, можно описать с помощью количественных характеристик и оперировать с ней математически.

Охватить все параметры среды экологической ниши практически невозможно, тем более что многие признаки сложны для измерения или не могут трактоваться как линейные градиенты. Каждая ниша – это большое, а точнее, бесконечное число измерений по многочисленным осям. Полное описание ниши вылилось бы в бесконечный ряд биологических характеристик и физических параметров. В связи с этим наиболее приемлемой является концепция ниши, основанная на различиях между видами по одной или нескольким важным характеристикам. Боязнь многомерности ниши в модели Хатчинсона постепенно прошла. Первоочередного значения заслуживают оси, по которым наиболее выражена конкуренция. Согласно закону Ю. Либиха, выбираются факторы, которые в данном конкретном случае могут оказаться практически пригодными для выживания или конкретного вытеснения одного вида другим, например кислород является важным фактором в водной среде, но не имеет значения для разделения ниш в воздушной среде. Обычно для разделения ниш видов достаточно 2–3 факторов (местообитание, т. е. пространство, пища, время). Наиболее часто наблюдается расхождение видов в пространстве, реже – по пище, а наиболее редко – по времени активности.

Как уже отмечалось, давно возникли две составные части понятия «ниша»: «пищевая ниша» и «ниша места». При общности трофической ниши у 5 видов муравья различия определяются сроками и индивидуальным местом (территорией) сбора корма. При выделении ниш двухстворчатых моллюсков учитываются кислотность, проточность, глубина, общая жесткость, содержание в воде кальция и хлора.

Ширина, или размер ниш, т. е. протяженность гиперобъема реализованной ниши, у разных организмов колеблется в больших пределах (рис. 80). Отметим, что ширина рассматривается по отношению к какому-нибудь одному фактору. Как правило, узкоспециализированные организмы имеют более узкую нишу. К сужению ниши ведет высокая обеспеченность пищей. Чем больше экологическая амплитуда вида, тем шире его ниша. Ширина ниши возрастает по мере уменьшения доступности ресурсов. В таких условиях в меньшей степени игнорируются второстепенные объекты, потому что вероятность встречи с жертвой низка, что способствует возникновению неспециализированности. В среде, богатой пищей, животное встречает большое количество потенциальных жертв, нестандартные объекты игнорируются. Развивается выборочности, пищевая ниша сужается. Этим объясняется узость экологических ниш в тропических биоценозах, а ареалы птиц от тропиков к полюсам увеличиваются.

Рис. 80. Двумерная проекция экологической ниши: а - средиземноморской плодовой мухи (по Allee et al., 1949); б- креветки Crangon septemspinosa (по Haefner, 1970)

Форма ниши определяется количеством факториальных осей и их протяженностью, точнее – степенью специализации вида по отдельным факторам среды. Нишу можно представить как амебоподобное образование с выпячиваниями и впадинами поверхности, причем достаточно подвижными. При этом поверхности при контакте могут перекрываться, взаимопроникая друг в друга. В модели Хатчинсона ниша принята в форме куба. А.М. Гиляров отдает предпочтение сферической форме.

Важным аспектом учения о нише, как отмечалось выше, является вопрос перекрывания ниш. Из положения о том, что экологически идентичных видов не бывает, вытекает, как следствие, положение, что каждый вид имеет свою индивидуальную нишу. Народный постулат «в одной берлоге не могут ужиться два медведя» имеет глубокий экологический смысл. В сложившихся фитоценозах, отмечал Работнов, столько экологических ниш, сколько видов растений. Согласно правилу Г.Ф. Гаузе, два вида, занимающие одну и ту же экологическую нишу, не могут устойчиво сосуществовать, поскольку в результате конкуренции один вид будет вытеснен другим. А если виды сосуществуют, то между ними обязательно имеются некоторые экологические различия. Ниши близкородственных видов частично перекрываются, и конкурентные исключения не происходят. Перекрывание ниш следует понимать как изолированность конкурентов друг от друга каким-то способом. Оно возможно только по отдельным измерениям. Виды могут иметь высокую степень перекрывания по одному измерению ресурсов, но слабое по другому; быть разделенными по этой оси ниши или даже располагаться на расстоянии друг от друга, чем и обеспечивается их сосуществование. Явление сильного перекрывания ниши по одному и значительное разделение по другому измерению ресурса принято называть дифференциальным перекрыванием ниш.

Сильное перекрывание наблюдается при избытке ресурсов. Перекрывание экологических ниш, т. е. возможность сосуществования в одной гильдии, осуществляется благодаря биологическим различиям между видами по некоторым градиентам: времени активности, размеру жертвы, характеру минерального питания и способу усвоения химического элемента, месторасположению в пространстве. Сосуществованию видов способствует и постоянное варьирование среды сообщества во времени, как сезонное, так и разногодичное.

Дифференциальное перекрывание ниш наблюдается у ночных и дневных животных одной гильдии (млекопитающие, птицы, насекомые). На коралловых рифах одни виды рыб активны днем, другие – с наступлением сумерек, а третьи – только ночью. При этом все они потребляют одинаковую пищу и используют сходные места для жизни. У водных клопов (гладыша – Notonecta glauca, плавта – Naucoris cimicoides), живущих в зарастающих водоемах, выражены различия в трофических нишах, хотя оба вида – хищники. Однако гладыш питается различными водными насекомыми, плавт – только мелкими насекомыми, головастиками, мальками рыб. У дятлов, наоборот, пространственные ниши расходятся, а трофическая общая.

Большой пестрый дятел питается в основном на стволах деревьев, средний пестрый – на больших ветвях, а малый пестрый – на тонких ветвях. В кленово-дубовом лесу в Иллинойсе (США) гильдии из семи видов многоножек, питающихся детритом, характерна сеть разных пространственных ниш: сердцевина сваленного дерева; наружная часть древесины; наружная поверхность под корой; под стволом, но на его поверхности; под стволом на почве; среди листьев подстилки; под подстилкой на поверхности почвы.

Критериями разделения ниш у животных являются морфологические признаки. Замечено, что длина и ширина клюва у птиц (клюв отражает характер поедаемой пищи) представляют собой показатель «широты ниши». Иногда разные возрастные стадии вида занимают разные трофические ниши, например головастики – растительноядные, а взрослые лягушки – плотоядные хищники. Аналогично различаются ниши гусениц и бабочек. Ниши лесных певчих птиц характеризуются тремя главными осями в сообществе: высотой, на которой они питаются и гнездятся; размером пищи; ее составом (или насекомые, или семена, или их сочетания). Классическим примером разделения ниш является адаптивная радиация вьюрков на Галапагосских островах (см. 12.4). Не менее убедительным является пример Пианка с тремя видами ящерицы одной гильдии, которые употребляют пищу, сходную по составу (в основном термиты), но имеющую разные размеры. Размеры ящериц пропорциональны средним размерам пищи, которую они потребляют.

Весьма сложно представить механизмы обособления ниш у растений. Примерно до 60-х гг. XX в. понятие ниши применительно к растениям не использовалось. Согласно одной из концепций ниши, растительное сообщество рассматривалось в качестве единой конкурентной среды, в пределах которой практически разделения ниш не происходит. Слабую дифференциацию ниш у растений неоднократно подчеркивал В.И. Василевич. Однако к настоящему времени в соответствии с концепцией о мерности ниши имеется немало сведений о механизмах возможного обособления экологических ниш растений. Каждое растение, отмечает Д. Тильман, имеет «свой тип фуражирования».

У растений особо важное значение имеют различия в сроках сезонного развития, которые обеспечивают возможность сосуществования растений с ранневесенним, весенним, летним, летне-осенним периодами развития в сообществах. В Стрелецкой степи описано 12 аспектов (ярусность во времени). В днепропетровских степях в каждый из 10 сроков наблюдений в период с 5 мая по 1 сентября имелось от 29 до 7 цветущих и от 16 до 1 зацветающих растений. Нами в каждом из 17 описанных лесных фитоценозов Беларуси в день описания отмечалось массовое цветение 2-17 видов из числа отмеченных 16–55 видов сосудистых растений. Упорядоченностью во времени достигается обеспеченность многих совместно произрастающих видов ресурсами. Неподвижность (прикрепленный образ жизни) у растений в значительной степени компенсируется также морфоструктурой, определяющей в сообществе разделение ниш по вертикали (наземная и подземная ярусность). Дифференциация особей по вертикали, по горизонтали, во времени ослабляет конкуренцию между видами.

Установлено разделение ниш растений по источникам потребляемого азота (симбиоз бобовых с азотфиксирующими бактериями, некоторых древесных растений с актиномицетами), по поглощаемым формам азота (нитратная форма характерна для кальцефилов; аммонийная – для хамефитных бореальных кустарничков). Заметны большие различия между растениями в поглощении фосфора. Так, многие злаки (пшеница, просо, ячмень) не могут использовать фосфор из фосфоритов в отличие от гречихи, горчицы, люпина и др.

В соответствии с разнообразием жизненных форм растений (от деревьев до кустарничков, от стержнекорневых до наземноползучих) основная масса всасывающих корней видов фитоценоза располагается на разной глубине. У пырея подземные органы распределяются по всей толще почвы; у мяты только в верхнем горизонте; у хвоща и бодяка – тяготеют к более глубоким горизонтам. Дифференциация между видами по этому признаку выражена также по времени проявления активности корневых систем. Экспериментально показано, например, что Festuca pratensis 54 % меченого фосфора получает в злаковом газоне с глубины около 10 см; Festuca loliacea около 50 % этого элемента – с глубины примерно 60 см.

Весьма выразительны экологические ниши растений гелиофитов, факультативных гелиофитов и сциофитов. Растения различаются в фитоценозах по отношению к качественному составу света, продолжительности освещения, ориентации листовых пластинок (от планофильной до эректофильной) и другим показателям. Большое значение в этом плане имеет «разновысотность» растений, т. е. положение в разных ярусах.

Велика роль ниши в конкурентных взаимоотношениях. Внутривидовая конкуренция ведет к расширению реализованной ниши, к приближению ее к границам ниши фундаментальной. Основным механизмом обеспечения этих возможностей является популяционная гетерогенность особей по отношению к факторам среды. Значение имеют также возрастные различия. Они дополняются половым диморфизмом, темпоральным полиморфизмом. Особенно сложен темпоральный полиморфизм древесных растений. Фенотипы деревьев в популяции по началу вегетации не идентичны фенотипам по ее окончании и представлены разнообразным веером форм.

Расширению ниши противодействует межвидовая конкуренция, особенно диффузная. При этом наблюдается пропорциональное сокращение реализованных ниш взаимодействующих видов (меняется положение их центров) и возможное конкурентное исключение из сообщества, если не происходит сдвиг ниш и смещение признаков. Виды в сообществе эволюционируют в направлении специализации к разным частям градиента ресурса. Внедрение всякого нового вида ведет к сокращению реализованных ниш уже присутствующих видов. Чем больше различаются виды сообщества по расположению в пространстве, потребностям в элементах питания, сезонной ритмике и по другим показателям, тем ниже конкуренция и более полно используются ресурсы. У различных сообществ степень дифференциации ниш различная. В лесу в связи со сложной стратиграфией ниши растений дифференцированы более четко, чем в луговом фитоценозе, в котором уровень конкуренции выше. Луговое сообщество некоторыми авторами рассматривалось как «парадокс луга» подобно «планктонному парадоксу».

В сообществе не бывает пустующих ниш («природа не терпит пустоты»). На этом базируется правило обязательности заполнения экологических ниш.

Для любого сообщества характерна нишевая структура, формирующаяся как результат развития самого сообщества и взаимодействия популяций. Сообщество – это система взаимодействующих, дифференцированных по нишам видовых популяций, которые имеют тенденцию дополнять друг друга в большей степени, чем прямо конкурировать.