Функциональная эквивалентность (экология) - Functional equivalence (ecology)
В экологии , функциональная эквивалентность (или функциональная избыточность) представляет собой экологическое явление , что множество видов , представляющие различные таксономических групп могут совместно использовать аналогичные, если не идентичны, роли в функциональности экосистем ( например , азот закрепители, водоросли скребки, поглотители). Это явление может относиться как к таксонам растений, так и к животным. Первоначально эта идея была представлена в 2005 году Стивеном Хаббеллом , экологом растений из Университета Джорджии. Эта идея привела к новой парадигме классификации на уровне видов - организации видов в группы на основе функционального сходства, а не морфологической или эволюционной истории. В мире природы аналогично появилось несколько примеров функциональной эквивалентности различных таксонов.
Взаимоотношения растений и опылителей
Один из примеров функциональной эквивалентности демонстрируется во взаимоотношениях растение-опылитель, когда у определенных видов растений может развиться морфология цветка, которая выбирается для опыления множеством таксономически не связанных видов, чтобы обеспечить ту же функцию (производство плодов после опыления). Например, травянистое растение колючая ( Hermathophylla spinosa ) имеет цветы такой формы, что таксономически неродственные опылители ведут себя почти одинаково во время опыления. С точки зрения растения, каждый из этих опылителей функционально эквивалентен и, следовательно, не подвергается определенному селективному давлению. Изменения формы и структуры как цветка, так и морфологии семян могут быть источником селективного давления на виды животных, чтобы развить различные морфологические особенности. , но также выполняют ту же функцию для завода.
Механизмы распространения семян растений и животных
Взаимодействие растений и животных с точки зрения распространения семян - еще один пример функциональной эквивалентности. Факты показали, что в течение миллионов лет большинство растений сохраняли эволюционную стабильность в отношении размера и формы своих плодов. Однако виды животных, которые потребляют и распространяют семена в плодах, эволюционировали физически быстрее, чем растения, которыми они питаются. Другими словами, виды животных менялись и развивались больше, чем растения меняли морфологию семян и плодов. Функциональная эквивалентность видов животных, потребляющих и рассеивающих семена, может объяснить способность этих растений продолжать выживать без генетических изменений морфологии их плодов / семян. Как и в случае с вышеприведенным примером Hormathophylla , виды растений не подвергаются селективному давлению так же, как животные.
Производство метаболитов
Другой пример - аналогичная эволюция продукции метаболитов растений в ответ на травоядность . В этом случае разные виды растений развили разные механизмы химического репеллента для травоядных, но каждый ответ обеспечивает одну и ту же функцию - устойчивость к травоядным. В некоторых случаях растения, живущие в совершенно разных средах (географическое разделение) и не связанные таксономически, могут вырабатывать разные метаболиты, которые обеспечивают одинаковую функцию для растений - защиту от травоядных. Это еще один пример функциональной эквивалентности между таксономически неродственными видами.
Симбиотические отношения
Многочисленные примеры функциональной эквивалентности могут существовать внутри микробных симбионтов и связанных с ними хозяев. Некоторые примеры этого включают большое разнообразие микробов в пищеварительном тракте термитов и микробиоме кишечника человека. В этих средах огромное множество таксономически разнообразных организмов обеспечивают переваривание пищи и расщепление целлюлозы. Эти микробные организмы, скорее всего, эволюционировали в аналогичных условиях, но в разные моменты времени, и теперь было обнаружено, что они взаимодействуют друг с другом и обеспечивают ту же функцию своему организму-хозяину.
Функциональная эквивалентность и биоразнообразие
Недавно биологи использовали идею функциональной эквивалентности, иногда называемую функциональной избыточностью, чтобы делать прогнозы о том, как лучше всего управлять экосистемами и их микрокосмом. Распространено заблуждение, что высокая степень таксономического разнообразия внутри экосистемы в конечном итоге приведет к более здоровой и высокофункциональной системе. Например, экологический микрокосм, состоящий из 30 видов бобовых растений (которые добавляют фиксированный азот в почву), выполняет только одну экосистемную функцию (фиксацию азота), несмотря на то, что он таксономически богат. С другой стороны, экосистема с низким таксономическим разнообразием, но высоким функциональным разнообразием может быть более устойчивой. Недавние исследования показали, что экосистема может поддерживать оптимальное здоровье, если каждая функциональная группа экосистемы представлена множеством таксономически несвязанных видов (функциональная эквивалентность). Другими словами, экосистема потенциально может находиться на самом высоком уровне целостности, если она богата как функционально, так и таксономически.
Скептицизм
Некоторые биологи сомневаются в важности теории функциональной эквивалентности. Например, Лоро указывает, что при фактическом тестировании функциональной эквивалентности трудно сделать краткие выводы относительно правильности теории из-за сложности и чрезмерного упрощения самой теории. Например, многие исследования, проверяющие влияние потери видов и функциональной избыточности, редко обращаются к неоднозначности того, действуют ли функциональные возможности на индивидуальном или популяционном уровне, а также к возможности перекрытия нескольких параметров ниши друг с другом.
В конечном счете, гипотеза функциональной эквивалентности хорошо известна среди системных экологов и эволюционных биологов и является активной областью современных исследований для определения количественных примеров. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы количественно оценить влияние утраты видов на функцию экосистемы, чтобы получить больше доказательств в поддержку гипотезы функциональной эквивалентности.