§ 5. Екологічна ніша

Сукупність адаптацій організму визначає його екологічну нішу

Наявність адаптацій забезпечує організму виживання лише за визначених умов довкілля. Як вам відомо, будь-які впливи середовища на організм називають екологічними факторами. Отже, всяка адаптація ефективна лише у визначених межах впливу екологічних факторів. Наприклад, кенгуру, пристосований до спекотного клімату, не зможе існувати в морозних умовах Арктики, тоді як полярна сова точно не витримає австралійської спеки. Така сукупність екологічних факторів (умов довкілля), за яких популяція організмів певного виду в складі екосистеми може існувати необмежено довго, отримала назву екологічна ніша. Екологічна ніша — це не лише вимоги окремого виду до умов неживої природи — абіотичних факторів (температури, тиску, хімічного складу середовища, вологості тощо), а також це взаємодії з живим оточенням (біотичні фактори): хто полюватиме на представників виду й кого вони поїдатимуть, із ким конкуруватимуть тощо. Усі зв'язки популяції виду з популяціями інших видів у екосистемі, а також впливи на неї з боку неживого середовища й визначають екологічну нішу. Тобто це поняття поєднує в собі як просторове розміщення виду, так і його функціональну роль в угрупованні живих організмів екосистеми. Тому говорять, що екологічна ніша — це умовне місце, яке займає вид в екосистемі, його «фах». Екологічна ніша окремої людини в суспільстві — це її рід занять, інтереси, коло знайомств, а також умови, за яких особа існуватиме.

Екологічну нішу можна схарактеризувати графічно. Якщо на осях відкласти межі витривалості за екологічними факторами, то отримана багатовимірна фігура й ілюструватиме екологічну нішу виду в екосистемі (рис. 5.1).

Ширина екологічної ніші залежить від екологічної пластичності виду

Основним параметром екологічної ніші є її ширина за тим чи тим екологічним фактором. Ця характеристика визначає різницю між мінімальним і максимальним значенями екологічного фактора, за яких виживає вид — його межі витривалості. Виявилось, що для одних організмів згадані межі є досить широкими, а для інших — доволі вузькими. Види, що мають широкі межі витривалості, називають екологічно пластичними, а ті, що вузькі — екологічно непластичними1. Екологічно пластичні види легко витримують значні зміни умов середовища. Наприклад, песець (рис. 5.2, А) має дуже широкі межі витривалості за температурою: він здатний переносити зміну температури до 85 °С (від -55 до +30 °С). А от риби Амазонки (рис. 5.2, Б) дуже чутливі до температурних змін: похолодання води лише на 5 °С спричиняє малоактивність, небажання їсти, загальмованість реакцій. Тому можна стверджувати, що ці риби — екологічно непластичні. Пластичність характерна не тільки відносно абіотичних факторів, але й біотичних. Загальновідомим є той факт, що коала живиться винятково листям евкаліпта, тому є непластичним видом щодо типу харчування (рис. 5.2, В). А от усеїдний бурий ведмідь є екологічно пластичним видом: він може ласувати як рослинною, так і тваринною їжею (рис. 5.2, Г).

Рис. 5.1. Побудова багатовимірної моделі екологічної ніші

Але варто пам'ятати, що екологічна пластичність чи непластичність за одним фактором, не означає таку ж властивість за другим. На відміну від непластичності щодо їжі, коала є екологічно пластичним видом відносно кліматичних умов і добре витримує як тропічний клімат, так і прохолодні умови помірного. Важливо також зазначити, що екологічна непластичність не є недоліком. В умовах конкуренції між видами (Див. нижче) екологічно непластичні види мають перевагу над екологічно пластичними. Це відбувається тому, що в процесі еволюційного розвитку непластичних видів вони «прагнули» максимально ефективно пристосовуватися до визначених умов, тоді як пластичні види «витрачали зусилля» для підтримання здатності виживати в різних умовах.

Високий адаптивний потенціал забезпечує швидку адаптацію організмів до нових умов довкілля Здатність представників виду пристосовуватися до мінливих умов довкілля визначає його адаптивний потенціал. Чим краще й швидше вид пристосовується до нових умов навколишнього середовища, тим вищий його потенціал.

1 У зарубіжній науковій літературі екологічно пластичні види називають генералістами (від англ. general — загальний), а непластичні — спеціалістами (від англ. special — особливий), що добре розкриває широту пристосованості таких організмів.

Рис. 5.2. Види з різною екологічною пластичністю

A. Песець. Б. Амазонська риба дискус. B. Коала. Г. Бурий ведмідь.

А оскільки більш екологічно пластичні види краще пристосовуються до нових умов, то вони характеризуються вищим адаптивним потенціалом. Це зумовлено наявністю в їхньому геномі алелей, що забезпечують виживання за відмінних від звичних умов. Завдяки цим алелям вони ніби заздалегідь готові адаптуватися до нових умов. Також види, у яких є ширша норма реакції1, тобто більше варіантів однієї ознаки в популяції, мають кращий адаптивний потенціал. Така норма реакції свідчить про значну «пластичність» фенотипу, тобто здатність генотипу по-іншому проявлятися в нових умовах.

Адаптивний потенціал має велике значення в сільському господарстві. Сорти рослин і породи тварин повинні мати якомога більший адаптивний потенціал. Тоді за зміни умов (нестачі якогось хімічного елемента в ґрунті, спалаху інфекції, екстремальної спеки, посухи тощо) втрати сільського господарства будуть меншими. Крім того, доведено, що адаптивний потенціал невеликих популяцій значно менший, ніж великих. Тому зменшення чисельності популяції нижче певної межі спричиняє таке зниження потенціалу, що за мінливих умов (як-от зміна клімату) популяція гине.

Конкуренція між видами спричиняє звуження екологічної ніші

Кількість ресурсів у межах однієї екосистеми є обмеженою. Тому, якщо кілька видів починають використовувати один і той же ресурс (наприклад, полюють на однакових жертв чи потребують вологи з ґрунту для росту), то між ними виникає конкуренція. У результаті конкуренції обом видам починає не вистачати ресурсу. Як наслідок, його нестача (екологічного фактора) спричиняє звуження ширини екологічної ніші. І навпаки: за відсутності конкуренції за ресурс екологічна ніша збільшується (рис. 5.3).

Принцип конкурентного виключення обмежує кількість видів у екологічній ніші одним

Ще одним параметром екологічної ніші є ступінь її перекриття з екологічними нішами інших видів. Він залежить від того, наскільки вони є схожими. Чим сильніше перекриватимуться екологічні ніші, тим більш подібними будуть вимоги до середовища та положення видів у екосистемі. А як нам уже відомо, у такій ситуації між видами виникатиме конкуренція.

1 Норма реакції — це ширина варіювання ознаки в популяції (довжини, розміру, форми тощо).

Рис. 5.3. Звуження екологічної ніші внаслідок конкуренції

А. Частина ресурсу (вище червоної лінії) стає недоступною для виду через конкуренцію — її використовує інший вид. Унаслідок цього ширина ніші за цим фактором зменшується, як і загальна площа екологічної ніші (гіпероб'єм ніші в багатомірному просторі). Б. Під час росту мати-й-мачухи в складі екосистеми (зелена лінія) ширина екологічної ніші за лужністю ґрунту є набагато меншою, ніж при її зростанні відокремлено (червона лінія).

Водночас чим щільніше перекриття, тим жорсткішою вона буде. Якщо ж екологічні ніші збігатимуться, то конкуренція стане настільки жорсткою, що два види не зможуть займати ту ж екологічну нішу протягом тривалого часу — один вид витіснятиме другий. Це правило отримало назву принципу конкурентного виключення1 (рис. 5.4).

Щоб уникнути жорсткої конкуренції, види зі схожими вимогами змінюватимуть свою екологічну нішу, адаптуючись до нових умов. Розгляньмо кілька прикладів такої зміни.

Одним зі шляхів зменшення конкуренції є просторове розділення видів з екологічними нішами, що перекриваються. Так, на шотландських скелях один вид морських жолудів витіснив інший угору (рис. 5.5). Жорстка конкуренція за ресурси між ними призвела до того, що один вид захопив низ припливної-відпливної зони, а другий — був змушений задовольнятися верхньою частиною, куди вода з їжею потрапляє рідше.

Схожий, але ще жорсткіший приклад витіснення можна спостерігати в українських водоймах. За умови їх заселення одночасно вузькопалим і широкопалим річковими раками перший повністю витісняє другого. Тому зазвичай ці два види мешкають поодаль. Нині через значне поширення вузькопалого річкового рака й активний вплив людини на водойми місць для проживання представників широкопалого рака стало менше. У результаті вид потрапив до категорії вразливих і його занесено до Червоної книги України.

Рис. 5.4. Реалізація принципу конкурентного виключення

За умови незалежного вирощування в окремих пробірках на одному типі харчування двох видів інфузорій (суцільна лінія) популяції швидко досягають максимальної щільності. Якщо ж вирощувати обидва види в одній скляній ємності (штрихова лінія), то один швидко витісняє другий.

Рис. 5.5. Просторове розділення видів задля зміни екологічної ніші

Один вид морських жолудів витісняє другий на гору припливно-відпливної зони (зверху), при цьому за його відсутності верхній вид займав би всю припливну зону (знизу).

1 Цей принцип було сформульовано й доведено одним із фундаторів екологічної науки Георгієм Гаузе.

Рис. 5.6. Голчасті миші

A. Єгипетська голчаста миша. Б. Золотиста голчаста миша.

У скелястих місцевостях Близького Сходу й Африки трапляються два види голчастих мишей: єгипетська й золотиста (рис. 56). Вони мають схожу харчову базу та мешкають в ідентичних умовах. При цьому єгипетська голчаста миша веде нічний спосіб життя, а золотиста — денний. Але виявилось, що якщо з екосистеми вилучити єгипетську мишу, то золотиста голчаста швидко переходить до нічного способу життя. З цього випливає, що денний спосіб життя золотистої миші є механізмом зміни її екологічної ніші задля зменшення конкуренції із єгипетським видом. Таким чином організми використовують різні шляхи для послаблення конкуренції та розділення екологічних ніш.

Правило обов'язкового заповнення екологічної ніші виконується не завжди

Час від часу внаслідок зміни умов середовища (стихійного лиха, нашестя хижаків чи паразитів, забруднення) окремі види зникають з екосистеми, залишаючи по собі вільні екологічні ніші. Також ніші з'являються, коли формується нова місцевість, якої не існувало до цього (наприклад, унаслідок гірських обвалів чи виверження вулканів). Правило обов'язкового заповнення екологічної ніші стверджує, що такі ніші не залишаються незайнятими тривалий час. На місця зниклих видів приходять інші й використовують ресурси, що звільнилися. Зазвичай першими оселяються екологічно пластичні види, яких згодом витісняють менш пластичні, зате більш пристосовані.

Рис. 5.7. Зябра річкової форелі з численними паразитичними веслоногими рачками

Але численні дослідження свідчать, що це правило виконується не завжди. Наприклад, вивчивши різноманіття зябрових паразитів морських риб (рис. 5.7), вдалося довести, що кількість видів паразитів значно варіюється в риб, схожих за розміром і місцем проживання. Тобто не всі екологічні ніші в екосистемі зябер зайняті. Підрахунок різноманіття комах, що живуть у заростях папороті орляка в різних регіонах Землі, також засвідчив, що значна частина ніш лишається незайнятою. Тому наразі не можна стверджувати про абсолютну істинність наведеного правила.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Вставте пропущені слова у твердження.

Види із (1) шириною екологічної ніші (2) виживають за зміни умов і є екологічно (3).

• А 1 - малою, 2 - краще, 3 - непластичними
• Б 1 - великою, 2 - гірше, 3 - пластичними
• В 1 - малою, 2 - гірше, 3 - непластичними
• Г 1 - великою, 2 - краще, 3 - пластичними

• 2. Як співвідносяться об'єми екологічних ніш виду, якщо він в екосистемі немає конкурентів (X) і якщо співіснує в ній із подібним видом (Y)?

• А Х > Y
• Б X < Y
• В X = Y
• Г X ≈ Y

• 3. Знайдіть вислів, який відповідає правилу обов'язкового заповнення екологічної ніші.

• А немає страшнішого недоліку за душевну порожнечу
• Б кожна людина так тісно пов'язана з іншими, а якщо вона йде, то залишається величезна діра
• В природа не допускає порожнечі
• Г немає нічого кращого за спокій, немає нічого ліпшого за порожнечу

• 4. Увідповідніть поняття із його змістом.

• 1 адаптивний потенціал
• 2 екологічна пластичність
• 3 екологічна ніша
• 4 межі витривалості
• А місце виду в екосистемі
• Б сукупність значень екологічного фактора, за яких організм може жити
• В ефективність адаптації організму до нових умов
• Г місцина, у якій мешкає популяція
• Д ступінь витривалості виду до зміни умов середовища

У житті все просто

• 5. Схарактеризуйте екологічну нішу обраного вами довільно чи запропонованого вчителем або учителькою біологічного виду.

• 6. Поясність, чому вільні екологічні ніші найперше заселяються саме екологічно пластичними видами.

У житті не все просто

• 7. Крони дерев одного ярусу змішаного лісу (дуб, клен, ясен, граб, липа) розташовані на однаковому рівні, а кореневі системи схожі. Тому ці рослини опиняються в дуже подібних умовах. Яким чином їм вдається зменшити конкуренцію й розділити свої екологічні ніші?

Проект для дружної компанії

• 8. Знайдіть детальну інформацію про екологічну нішу якогось виду та за допомогою спеціального програмного забезпечення побудуйте тривимірну модель його екологічної ніші.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Біологія і екологія 11 клас Шаламов, Каліберда, Носов (рівень стандарту)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)