Элементы - новости науки: В поисках универсального закона устройства биологических сообществ, или Почему экологи потерпели неудачу?
Подпишитесь нановости науки
В поисках универсального закона устройства биологических сообществ, или Почему экологи потерпели неудачу?
Справа: Джордж Эвелин Хатчинсон (1903–1991), выдающийся американский эколог, сформулировавший многие вопросы, которыми потом стали заниматься экологи. Слева: памятник святой Розалии, покровительнице Палермо, а по мнению многих, с легкой руки Хатчинсона,— и покровительнице экологии. Статья Хатчинсона «Дань святой Розалии, или Почему так много видов животных?»— одна из самых цитируемых. На заднем плане— церковь Св.Розалии. Фото Хатчинсона из архива Алексея Гилярова. Фото памятника и церкви— с открытки Ediz. Ar.Co. s.n.c. di C.Arnone e C.Via Aragona, 21. Palermo
В любом природном сообществе (будь то планктон озера, деревья тропического леса или совокупность птиц, обитающих на определенной территории) всегда можно найти несколько видов массовых, доминирующих почисленности и гораздо большее число видов редких, малочисленных. Если унас имеется большая (внесколько тысяч особей) проба изсообщества, то, разбив все обнаруженные вней виды наклассы обилия и определив число видов вкаждом классе, мы можем построить гистограмму распределения частот встречаемости видов разной численности. График, проведенный повершинам столбиков гистограммы, представляет собой сильно вогнутую кривую, напоминающую гиперболу. Подобный результат, выявляемый при анализе практически любого сообщества, насамом деле не очевиден и нуждается вобъяснении. Кажется, более естественным было бы ожидать преобладания вприроде видов, имеющих какую-то среднюю численность, при гораздо меньшем числе видов редких или, наоборот, массовых. Хотя проблема изучается уже более полувека, удовлетворительного объяснения наблюдаемой картины соотношения численностей разных видов пока нет. Помнению Брайена Макгилла ( ) c (Монреаль, Канада) и его соавторов, ситуацию, сложившуюся визучении структуры сообществ, можно охарактеризовать как «коллективную неудачу» (collective failure). Выводы этого исследования, опубликованные вжурнале Ecology Letters , могут быть поучительными не только для неудачливых экологов, но и всех, кому приходится сталкиваться сотсутствием прогресса врешении той или иной научной проблемы.
Рис. 1. Типичный пример вогнутой кривой ( hollow curve ), показывающей распределение числа видов, имеющих разную численность. Ввыборку попали более 500видов птиц, которых учитывали более чем в1400местах вСеверной Америке. По осиX классы относительного обилия (в% от общей численности всех видов), по осиY число видов, попадающих вданную категорию обилия (обратите внимание на разрыв шкалыY!). Из графика хорошо видно, сколь много существует видов редких (левая часть графика), и сколь мало массовых (правая часть графика). Вкачестве примера крайне редкого вида изображена славка Киртлэнда, вкачестве самого массового странствующий голубь, истребленный человеком вконце XIXвека. Вцентре весьма обычный сейчас вАмерике вид краснокрылый трупиал (подробнее об этих птицах на рис.2). Изображение из статьи: McGill B.J. // Science . 2006. V.314. P.770 772
Выдающийся американский эколог Джордж Эвелин Хатчинсон ( , 1903–1991) одну из своих статей, вышедшую в 1959году, назвал «Дань Святой Розалии, или Почему так много видов животных?» ( , PDF, 30Кб). Вмаленьком прудике около церкви Св.Розалии нагоре Монте-Пеллегрино около Палермо (Сицилия) он обнаружил двух водяных клопов одного рода, но различающихся размерами. Рассуждения отом, как виды могут сосуществовать несмотря на конкуренцию, привели Хатчинсона кпостановке важных вопросов отом, что определяет видовую структуру сообществ. Однако проблема соотношения численностей разных видов всообществе имеет насамом деле куда более давнюю историю.
Рис. 2. Три вида птиц, фигурирующие на рис.1. Все они обитали (а два вида продолжают обитать) водной местности в северо-восточной части США. Слева: славка Киртлэнда ( ) крайне малочисленный вид, встречающийся всосновых лесах на очень ограниченной площади вМичигане. Общая численность менее тысячи особей. Всередине: краснокрылый трупиал ( ) довольно обычный, широко-распространенный вСеверной Америке вид. Справа: странствующий голубь ( ), когда-то бывший самым многочисленным видом птиц втой же местности. Общая численность странствующих голубей вприроде оценивалась внесколько миллиардов, но последний голубь умер взоопарке в1914году. Приведена фотография птицы, снятой вневоле вначале ХХвека. Фотографии с сайтов www.uwgb.edu, www.kiroastro.com и www.geocities.com
Так, еще в 1932году появилась работа японского исследователя Мотомуры, предложившего модель, согласно которой виды одного сообщества, ранжированные поубыванию численности, используют одну и ту же долю оставшегося общего ресурса. Например, если самый многочисленный вид потребляет 70%ресурса (и соответственно, такова его численность), то второй вид потребляет 70%того, что осталось от первого, следующий по убыванию численности вид— 70% от того, что осталось после первого и второго, и так далее. Через 25лет американский эколог, ученик Хатчинсона ( ), используя сходную логику, предложил свою «модель разломанного стержня» (brocken stick model), вкоторой лимитирующий ресурс (одномерное пространство ниши) моделировался стержнем, случайным образом разломанным в разных местах. Численности видов были пропорциональны длинам образовавшихся отрезков. Хотя модель Макартура удовлетворительно описывала соотношения численностей разных видов птиц, сам автор позднее признал ее втеоретическом отношении несостоятельной.
Рис. 3. Во влажном тропическом лесу на одном гектаре можно найти сотню видов деревьев. Впоследнее время многие доводы в пользу той или иной модели видовой структуры сообществ стараются получить именно по результатам обследования тропических лесов. На фотографии— участок леса сдревовидными папоротниками. Национальный парк Лэмингтон (Lamington National Park, Toolona creek), Квинсленд, Австралия. Фотография Игоря Макунина с сайта www.photosight.ru, воспроизводится на «Элементах» с любезного согласия автора
source
Комментариев нет:
Отправить комментарий