Основно съдържание

Курс: Биология за напреднали/колеж > Раздел 4

Урок 5: Биологично разнообразие

Структура на съобществото

Богатство на видовете и разнообразие на видовете. Защо по-разнообразните екосистеми най-често са по-стабилни. Ролите на фундаменталните и ключовите видове.

Ключови точки:

Структурата на едно съобщество може да бъде описана от неговото богатство на видове, т.е. от броя присъстващи видове и разнообразието на видове, което е мярка и за богатството на видове и за еднаквото съотношение на видовете (относителната им численост).
Структурата на съобществото е повлияна от много фактори, включително абиотични фактори, взаимодействия между видовете, ниво на стрес и случайни събития.
Някои видове като фундаменталните видове и ключовите видове играят особено важни роли при определяне на структурата на техните съобщества.

Въведение

Различните екологични съобщества може да бъдат доста различни от гледна точка на типовете и числеността на видовете, които те съдържат. Например някои арктическите съобщества включват само няколко вида, докато някои съобщества в тропическите гори имат огромен брой видове на всеки кубически метър.

Един начин да се опише тази разлика е да се каже, че съобществата имат различни структури. Структурата на съобществото е по същество композицията на общността, включваща броя на видовете в тази общност и тяхната относителна численост

^{1}

. Тя също може да се тълкува по-обширно, за да се включат всички модели на взаимодействие между тези различни видове

^{2}

Някои еколози използват също терминът "структура на съобществото" за пространствения модел на съобществото - как популациите, които го изграждат, са разпределени във физическата среда

^{3, 4}

. Например едно съобщество може да е ясно разграничено или може да прелива постепенно в съседното съобщество. Също така различни популации може да заемат различни райони в границите на съобществото.

В тази статия ние най-вече ще се съсредоточим върху структурата на съобществото както е определена от видовия му състав.

В тази статия ние ще разгледаме някои от начините, по които структурата на съобществото може да бъде количествено определена (измерена числено). След това ще разгледаме фактори, които оформят структурата на съобществото, съсредоточавайки се особено върху фундаменталните видове и ключовите видове.

Как измерваме структурата на съобществото?

Две важни мерки, които еколозите използват, за да опишат състава на едно съобщество, са богатството и разнообразието на видовете.

Богатство на видове

Богатство на видове е броят на различни видове в определена общност. Ако намираме

30

вида в едно съобщество и

300

вида в друго, второто съобщество има много по-голямо богатство на видове, отколкото първото.

Съобществата с най-голямо богатство на видове обикновено се намират в райони близо до екватора, където има много слънчева енергия (поддържаща висока първична продуктивност), високи температури, големи количества валежи и малко сезонни промени. Съобществата с най-ниско богатство на видове се намират близо до полюсите, където рлазполагат с по-малко слънчева енергия и по-ниски температури, по-малко валежи и по-малка пригодност за живот. Този модел е илюстриран по-долу за богатство на видове бозайници (богатството на видове е изчислено единствено за видове бозайници, а не за всички видове). Много други фактори освен географската ширина също може да влияят на богатството на видове в едно съобщество.

Богатство на гръбначни видове. Източник на изображението: "Community ecology: Figure 14" от OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Модификация на работата на NASA, CIESIN, Columbia University.

Разнообразие на видове

Разнообразието на видове е мярка за сложността на едно съобщество. То е функция на броя на различните видове в общността (богатство на видове) и тяхното относително изобилие (равномерност на видовете). По-големият брой различни видове и по-близките съотношения на численостите на тези видове водят до по-голямо видово разнообразие. Например:

Горско съобщество с $20$ ‍ различни вида дървета ще има по-голямо разнообразие на видове, отколкото горско съобщество само с $5$ ‍ видa дървета (ако приемем, че видовете дървета са в равни съотношения и в двата случая) .
Горско съобщество с $20$ ‍ различни вида дървета в еднакви пропорции ще има по-голямо разнообразие на видове отколкото горско съобщество със същия брой видове в много неравномерни пропорции (например ако $90$ ‍% от дърветата са от един единствен вид).

По принцип еколозите смятат, че по-разнообразните екологични съобщества са по-стабилни (тоест са по-способни да се възстановят след смущение), отколкото по-малко разнообразни съобщества. Можеш да проучиш защо това е така във видеото за екологични мрежи. Обаче отношението между разнообразието и стабилността не е универсално правило, и има някои случаи, където други фактори (освен видовото разнообразие) са по-важни при определяне на стабилността на съобществото и екосистемата

^{5, 6}

Кои фактори формират структурата на едно съобщество?

Структурата на съобществото е резултат от много взаимодействащи си фактори, и абиотични (неживи), и биотични (свързани с жив организъм). Ето някои важни фактори, които влияят на структурата на съобществото:

Климатични условия на местоположението на съобществото.
Както видяхме по-горе в обсъждането за богатството на видовете, глобалните климатични модели (различните температури, количеството слънчева енергия и други фактори, зависещи от отдалечеността от екватора) може да засегнат структурата на съобществото. Същото може да се случи и под въздействието на местния климат, например влиянието на планински вериги, водни маси и дори потоци и долини.
Предвидимостта или променливостта на климата може да засегнат структурата на съобществото – например някои видове може да са неспособни да оцелеят в район със спорадични суши или спорадични застудявания.
Географско местоположение на съобществото.
Географските характеристики на областта, в която се намира съобществото може да засегнат неговата структура. Например островни съобщества, които са по-далеч от континента, често се характеризират с по-малък брой видове, отколкото тези, които са по-близо до континента. Това отразява факта, че шансът на един вид да пристигне от континента е по-малък, когато островът е по-далечен.
Хетерогенност (разпокъсаност) на околната среда $^{7}$ ‍.
Ако има по-голяма разнодордност, или хетерогенност, в околната среда на едно съобщество, това може да позволи по-голямо богатство на видове, защото има по-разнообразни местообитания за заемане.
Например представи си едно съобщество, което се развива в едно равно поле, и друго съобщество, което се развива в поле със скалисти хълмове. Второто съобщество може да има по-голямо богатство на видове, защото ще има видове, които могат да живеят в скалите (но не в открито поле), освен тези видове, които могат да живеят в полето.
Честотата на смущения или неблагоприятни събития.
Честотата на разрушителни събития (включително бури, пожари и свлачища) може да повлияе на структурата на едно съобщество. Хипотезата за средно ниво на смущения допуска, че съобщества със средно (средно) равнище на смущения може да имат по-голямо разнообразие на видове, отколкото съобщества, които преживяват много чести или много редки смущения $^{8}$ ‍.
Междувидови отношения.
Всички междувидови взаимодействия, които може да се случат между организми (конкуренция, хищничество и различни форми на симбиоза) имат потенциала да формират едно съобщество. Например два вида, които се конкурират усилено един с друг, може да са неспособни да съжителстват в една и съща общност, или един вид плячка може да е неспособен да се задържи в едно съобщество, во което има високо ефективен хищник.
Ще видим по-долу също и някои примери на междувидови взаимодействия с особено важно влияние върху структурата на съобществото.

Структурата на съобществото може да бъде оформена също така и от случайни събития, които се случват през нейната история. Например, да предположим, че едно единствено семе е издухано в почвата на определен район. Ако се случи то да пусне корени, видът може да се установи и след известен период от време да стане преобладаващ (не допускайки сходни видове). Ако семето не успее да изникне, друг сходен на него вид може вместо него да бъде късметлия, да се утвърди и да стане преобладаващ.

Фундаментални и ключови видове

Някои видове имат необичайно голямо влияние върху структурата на съобществото, запазвайки баланса в него или дори правейки съществуването му възможно. Тези "специални" видове включват фундаменталните и ключовите видове.

Фундаментални видове

Един фундаментален вид играе уникална, съществена роля при създаването и определянето на едно съобщество. Често фундаменталните видове видоизменят околната среда, така че тя да може да поддържа другите организми, които формират съобществото

^{9, 10, 11}

Келпът (кафявите водорасли) е фундаментален вид, който формира основата на горите келп по крайбрежието на Калифорния. Келпите създават среди, които позволяват оцеляването на други организми, които съставляват събоществото на келп горите

^{9}

. Коралите на един коралов риф са друг фундаментален вид. Екзоскелетите на живи и мъртви корали съставляват по-голямата част от структурата на рифа, който защитава други видове от вълни и океанските течения. Бобрите, които видоизменят тяхната среда чрез изграждане на бентове, също може да се разглеждат като фундаментален вид

^{9, 11}

Ключови видове

Ключов вид е вид, който има непропорционално голямо влияние върху структурата на съобществото във връзка с неговата биомаса или изобилие. Ключовите видове се различават от фундаменталните видове по два основни начина: по-вероятно е те да принадлежат към по-високи трофични нива (да бъдат най-горни хищници), и те действат по по-разнообразни начини, отколкото фундаменталните видове, които имат тенденцията да видоизменят тяхната среда

^{10, 11}

Екологията понякога е малко объркана, когато става дума за именуване на неща. Различни източници използват различни определения за ключови и фундаментални видове. Не забравяй да провериш какво определение се използва в твоя учебник и от твоя преподавател. В някои източници фундаменталните видове се разглеждат като подкатегория на ключовите видове.

Ако се опитваш просто да разбереш основните понятия за структурата на събществото, ключовата същност не са дефинициите. Просто някои видове оказват необичайно силни въздействия върху структурата на техните събощества. В някои случаи тези видове физически видоизменят околната среда или по друг начин осигуряват необходимите условия за съществуването на съобществото (фундаментален вид, както е описано в тази статия). В други случаи определени видове контролират състава на съобществото чрез други средства като хищничество и може да имат силно влияние въпреки ниското си изобилие (ключов вид, както е описано в тази статия).

Междуприливната морска звезда Pisaster ochraceus, която се намира в северозападните Съединените щати, е може би най-известния пример на ключов вид. В един класически експеримент на екологията на съобществата морските звезди били премахнати експериментално от междуприливната зона, където са живели. Като резултат популациите на тяхната плячка (миди) се увеличава, променяйки състава на видовете в общността и рязко намалявайки видовото разнообразие. Когато морските звезди присъстват, около

25

вида ракообразни животни и водорасли са намерени в по-долната част на междуприливната зона, но когато те липсват, популацията на мидите се разширява надолу и почти изцяло заменя тези други видове

^{12}

Подобно рязко намаляване на разнообразието или разпадане на общностната структура обикновено се случва когато се отстрани ключов вид. В този случай загубата на разнообразие се случва защото мидите избутват другите видове, които обикновено може да се задържат, тъй като морските звезди контролират мидите.

Разгледай темата извън Кан Академия

Искаш ли да научиш повече за класическите експерименти с ключови видове, описани по-горе? Виж тази интерактивна диаграма от LabXchange.

LabXchange е безплатна, научно-образователна онлайн платформа, създадена от факултета по изкуства и науки на университета Харвард с подкрепата на фондация Amgen.

Източници

Тази статия е модифицирана производна на "Community ecology" от Robert Bear и David Rintoul, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно на http://cnx.org/contents/db89c8f8-a27c-4685-ad2a-19d11a2a7e2e@24.18.

Изменената статия е лицензирана под разрешително CC BY-NC-SA 4.0.

Цитирани трудове:

Cecie Starr and Ralph Taggart, "Which factors shape community structure?" in Biology: The Unity and Diversity of Life, 11th ed. (Belmont: Thomson/Brooks-Cole, 2006), 822.
The Editors of Encyclopedia Britannica, "Community," Encyclopedia Britannica, last modified February 15, 2016, http://www.britannica.com/science/community-biology.
Steve Roxburgh, "What Are Ecological Communities?" Ecological Systems Course, last modified March 4, 2001, http://www.steverox.info/Downloads/Teaching/Ecological%20communities.pdf.
Timothy Fridtjof Flannery, "The Process of Succession." Encyclopedia Britannica, last modified June 3, 2016, http://www.britannica.com/science/community-ecology/The-process-of-succession#toc70596
"Ecology/Community Succession and Stability," Wikibooks, last modified June 3, 2015, https://en.wikibooks.org/wiki/Ecology/Community_succession_and_stability.
Kent E. Holsinger, "Diversity, Stability, and Ecosystem Function," accessed June 4, 2016, http://darwin.eeb.uconn.edu/eeb310/lecture-notes/diversity-stability.pdf.
Peter H. Raven, George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer, "Dynamics of Ecosystems," in Biology, 10th ed., AP ed. (New York: McGraw-Hill, 2014), 1224-1225.
Charlene D'Avanza, "Ecology of Disturbance," Teaching Issues and Experiments in Ecology, accessed July 18, 2016, http://www.esa.org/tiee/vol/v1/figure_sets/disturb/disturb_back1.html.
"Foundation Species and Dominant Species," Saylor.org Academy, accessed June 4, 2016, http://www.saylor.org/site/wp-content/uploads/2011/07/BIO313-Foundation-Species-and-Dominant-Species-FINAL1.pdf.
Aaron M. Ellison, et al., "Loss of Foundation Species: Consequences for the Structure and Dynamics of Forested Ecosystems," Front. Ecol. Environ. 3, no. 9 (2005): 479-480.
G. Tyler Miller and Scott E. Spoolman, "Keystone and Foundation Species Help Determine the Structure and Functions of Their Ecosystems," in Essentials of Ecology, 5th ed. (Belmont: Cengage Learning, 2009), 95.
Tom Carefoot, "Keystone Predator," A Snail's Odyssey, accessed July 12, 2016, http://www.asnailsodyssey.com/LEARNABOUT/SEASTAR/seasKeys.php.

Препратки:

"Assembly Rules." Wikipedia. Last modified August 21, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Assembly_rules.

Carefoot, Tom. "Keystone Predator." A Snail's Odyssey Accessed July 12, 2016. http://www.asnailsodyssey.com/LEARNABOUT/SEASTAR/seasKeys.php.

D'Avanza, Charlene. "Ecology of Disturbance." Teaching Issues and Experiments in Ecology. Accessed July 18, 2016. http://www.esa.org/tiee/vol/v1/figure_sets/disturb/disturb_back1.html.

"Diversity index." Wikipedia. Last modified May 29, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Diversity_index.

"Ecological Effects of Biodiversity." Wikipedia. Last modified May 27, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Ecological_effects_of_biodiversity.

"Ecology/Community Succession and Stability." Wikibooks. Last modified June 3, 2015. https://en.wikibooks.org/wiki/Ecology/Community_succession_and_stability.

"Ecology/Species Richness and Diversity." Wikibooks. Last modified March 19, 2016. https://en.wikibooks.org/wiki/Ecology/Species_Richness_and_Diversity.

Ellison, Aaron M., Michael S. Bank, Barton D. Clinton, Elizabeth A. Colburn, Katherine Elliott, Chelcy R. Ford, David R. Foster, Brian D. Kloeppel, Jennifer D. Knoepp, Gary M. Lovett, Jacqueline Mohan, David A. Orwig, Nicholas L. Rodenhouse, William V. Sobczak, Kristina A. Stinson, Jeffrey K. Stone, Christopher M. Swan, Jill Thompson, Betsy Von Holle and Jackson R. Webster. "Loss of Foundation Species: Consequences for the Structure and Dynamics of Forested Ecosystems." Front. Ecol. Environ. 3, no. 9 (2005): 479-486.

Farabee, M. J. "Community and Ecosystem Dynamics." Online Biology Book. Accessed June 6, 2016. https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookcommecosys.html#Community%20Structure.

Flannery, Timothy Fridtjof. "The Process of Succession." Encyclopedia Britannica. Last modified June 3, 2016. http://www.britannica.com/science/community-ecology/The-process-of-succession#toc70596

"Foundation Species and Dominant Species." Saylor.org Academy. Accessed June 4, 2016. http://www.saylor.org/site/wp-content/uploads/2011/07/BIO313-Foundation-Species-and-Dominant-Species-FINAL1.pdf.

"Foundation Species." Wikipedia. Last modified June 1, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Foundation_species.

Holsinger, Kent E. "Diversity, Stability, and Ecosystem Function." Accessed June 4, 2016. http://darwin.eeb.uconn.edu/eeb310/lecture-notes/diversity-stability.pdf.

"Intermediate Disturbance Hypothesis." Wikipedia. Last modified May 30, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Intermediate_Disturbance_Hypothesis.

Miller, G. Tyler and Scott E. Spoolman. "Keystone and Foundation Species Help Determine the Structure and Functions of Their Ecosystems." In Essentials of Ecology, 5th ed., 95-96. Belmont: Cengage Learning, 2009.

"Overview." Island Biogeography. Accessed June 7, 2016. http://www.islandbiogeography.org.

Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer. "Community Ecology." In Biology, 10th ed., AP ed., 1185-1206. New York: McGraw-Hill, 2014.

Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer. "Dynamics of Ecosystems." In Biology, 10th ed., AP ed., 1207-1227. New York: McGraw-Hill, 2014.

Reece, Jane B., Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, and Robert B. Jackson. "Diversity and trophic structure characterize biological communities." In Campbell Biology, 10th ed., 1216-1220. San Francisco: Pearson, 2011.

"Relative Species Abundance." Wikipedia. Last modified April 22, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_species_abundance.

Roxburgh, Steve. "What Are Ecological Communities?" Ecological Systems Course. Last modified March 4, 2001. http://www.steverox.info/Downloads/Teaching/Ecological%20communities.pdf

Starr, Cecie and Ralph Taggart. "Which Factors Shape Community Structure?" In Biology: The Unity and Diversity of Life, 11th ed., 822. Belmont: Thomson/Brooks-Cole, 2006.

The Editors of Encyclopedia Britannica. "Community." Encyclopedia Britannica. Last modified February 15, 2016. http://www.britannica.com/science/community-biology.

Thompson, John N. "Keystone Species." Encyclopedia Britannica. Last modified March 19, 2015. http://www.britannica.com/science/keystone-species.

Roxburgh, Steve. "What Are Ecological Communities?" Ecological Systems Course. Last modified March 4, 2001. http://www.steverox.info/Downloads/Teaching/Ecological%20communities.pdf.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.