Кіріспе

Экологияда ниша – белгілі бір экологиялық жағдайға сәйкес келетін түрдің бейімделуі. Ол организмнің немесе популяцияның ресурстар мен бәсекелестердің таралуына қалай жауап беретінін (мысалы, ресурстар жеткілікті болған кезде және жыртқыштар, паразиттер мен патогендер аз болғанда өсу арқылы) және осы факторларды қалай өзгертетінін (мысалы, басқа организмдердің ресурстарға қол жеткізуін шектеу, жыртқыштар үшін азық көзі және олжаны тұтынушы ретінде әрекет ету) сипаттайды. "Қоршаған ортаның нишасының өлшемдерін құрайтын айнымалылардың түрі мен саны түрден түрге өзгереді [және] белгілі бір түр үшін нақты экологиялық айнымалылардың салыстырмалы маңызы географиялық және биотикалық жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін". Гриннелл нишасы түрдің тіршілік ететін ортасымен және оған сәйкес мінез-құлық бейімделулерімен анықталады. Эльтон нишасы түрдің тек ортада өсіп, оған жауап беруімен ғана емес, сонымен қатар өскен сайын ортаны және өзінің мінез-құлқын өзгерте алатынын көрсетеді. Хатчинсон нишасы математика мен статистиканы қолдана отырып, белгілі бір қоғамда түрлердің қалай қатар өмір сүретінін түсіндіруге тырысады. Экологиялық ниша тұжырымдамасы экологиялық биогеографияның орталық бөлігі болып табылады, ол экологиялық қоғамдастықтардың кеңістіктік үлгілеріне назар аударады. "Түрлердің таралуы және уақыт өте келе олардың динамикасы түрлердің қасиеттері, қоршаған ортаның өзгеруі және екеуінің арасындағы өзара әрекеттесу нәтижесінде туындайды, әсіресе кейбір түрлердің, соның ішінде біздің, ортаны өзгертуге және көптеген басқа түрлердің таралу аймағын өзгертуге қабілеттілігі". Экологиялық нишаның оның тұрғындарымен өзгеруі – ниша құрылысының тақырыбы. Көптеген түрлер стандартты экологиялық нишада өмір сүреді, мінез-құлқы, бейімделуі және функционалдық қасиеттері бір-біріне жақын таксономиялық топқа жататын басқа түрлерге ұқсас, бірақ ерекшеліктер де бар. Стандартты емес нишаны толтыратын түрдің көрнекті мысалы – Жаңа Зеландияның ұшпайтын, жерде тіршілік ететін киви құсы, ол құрттармен және басқа да жер асты жануарларымен қоректенеді және сүтқоректілерге тән нишада өмір сүреді. Арал биогеографиясы арал түрлерін және олармен байланысты толтырылмаған нишаларды түсіндіруге көмектеседі.

Гриннелл нишасы

Нишаның экологиялық мағынасы, қабырғадағы мүсінге арналған ойық ретіндегі ниша мағынасынан туындайды, бұл өзі орта француз тіліндегі "nicher" сөзінен, яғни ұя салу деген мағынадан шыққан болуы мүмкін. Алайда, Джозеф Гриннелл бұл терминді алғаш рет 1917 жылы "Калифорниялық Thrasher-дің нишалық қатынастары" атты зерттеу жұмысында қолданды. Дегенмен, климаттың өзгеруі түрлердің өзара әрекеттеріне де әсер ететіні және осы процестерді түсіндіруде Эльтонның көзқарасы тиімді болуы мүмкін деген пікір қалыптасуда. Бұл нишаға қатысты көзқарас экологиялық эквиваленттердің және бос нишалардың болуын мүмкін етеді. Организміне экологиялық балама – ұқсас ортада бірдей бейімделулерді көрсетіп, басқа таксономиялық топқа жататын организм. Мысалы, Америка және Африка шөлдерінде кездесетін кактус және эуфорбия сияқты әртүрлі суккуленттер. Тағы бір мысал ретінде, Үлкен Антиль аралдарындағы анольді кесірткелері конвергентті эволюцияның, адаптивті сәулеленудің және экологиялық эквиваленттердің сирек кездесетін мысалы болып табылады: анольді кесірткелері бір-біріне тәуелсіз, ұқсас микроорталарда дамып, нәтижесінде барлық төрт аралда бірдей экоморфтар пайда болды.

Қазіргі заманғы ниша теориясы

Қазіргі заманғы ниша теориясы (кейбір контексттерде "классикалық ниша теориясы" деп те аталады) – нишаның әртүрлі анықтамаларын келістіру (жоғарыда Гриннелльдік, Элтондық және Хатчинсондық анықтамаларын қараңыз) және экожүйедегі Лотка-Вольтерра қатынастарына әсер ететін негізгі процестерді түсіндіру үшін бастапқыда жасалған құрылымдық модель. Бұл модель "тұтынушы-ресурс модельдері" негізінде құрылған, ол белгілі бір экожүйені көбінесе ресурстарға (мысалы, күн сәулесі немесе топырақтағы қолжетімді су) және тұтынушыларға (мысалы, өсімдіктер мен жануарларды қоса алғанда, кез келген тірі организм) бөліп, осы екі топ арасында болуы мүмкін қарым-қатынастардың шегін анықтауға тырысады. Қазіргі заманғы ниша теориясында "әсер ету нишасы" – берілген тұтынушының а) пайдаланатын ресурстарға және ә) экожүйедегі басқа тұтынушыларға тигізетін әсерлерінің жиынтығы ретінде анықталады. Сондықтан, әсер ету нишасы Элтон нишасына баламалы, себебі екі түсінік те берілген түрдің ортаға тигізетін әсері арқылы сипатталады. Сонымен қатар, қазіргі заманғы ниша теориясы басқа түрлер ресурстарды кіріп келген түрлермен ұқсас тәсілмен пайдаланатын ортада түрлердің орналаса алмайтынын болжайды, бірақ мұндай мысалдар да көптеп кездеседі. Бәсекелестікке қабілетсіздік принципіне сәйкес, егер бірдей нишалары (экологиялық рөлдері) бар екі түр бәсекелессе, онда біреуі сөзсіз екіншісін жоқ болуға мәжбүр етеді. Бұл принцип сонымен қатар екі түрдің бірдей ортада бірдей нишаны болуы мүмкін емес екенін, кем дегенде тұрақты жағдайда, көрсетеді. Екі түр нишаларын ерекшелендірсе, олардың бәсекелестік деңгейі төмендейді, демек, бірге өмір сүру ықтималдығы артады. Түрлер әртүрлі тағамдарды тұтыну немесе ортаның әртүрлі аймақтарын пайдалану сияқты әртүрлі жолдармен нишаларын ерекшелендіре алады. Нишалық бөлінудің мысалы ретінде Кариб теңізі аралдарындағы бірнеше анола кесірткелері негізінен жәндіктерден тұратын ортақ диетамен бөліседі. Олар әртүрлі физикалық орындарды мекендеу арқылы бәсекелестікке жол бермейді. Бұл кесірткелер әртүрлі жерлерде тіршілік етсе де, кейбір түрлерін бір аймақта кездестіруге болады, кейбір жерлерде олардың саны 15-ке дейін жетеді. Мысалы, кейбірлері жерде, ал басқалары ағаштарда тіршілік етеді. Әртүрлі аймақтарда өмір сүретін түрлер азық-түлік және басқа да ресурстар үшін аз бәсекелеседі, бұл түрлер арасындағы бәсекелестікті азайтады. Алайда, ұқсас аймақтарда өмір сүретін түрлер әдетте бір-бірімен бәсекелеседі.

Анықтау және сандық анықтау

Лотка-Волтерра теңдеуі екі бәсекелес түрдің бір-бірімен бірге өмір сүруі мүмкін екенін көрсетеді, егер түрлер ішіндегі (интраспецификалық) бәсекелестік түрлер арасындағы (интерспецификалық) бәсекелестікке қарағанда жоғары болса. Нишалық дифференциация түрлер арасындағы бәсекелестікті азайта отырып, бәсекелестікті түрлер ішінде шоғырландырады. Сондықтан, Лотка-Вольтерра моделі нишалық дифференциацияның кез келген деңгейінің бірге өмір сүруге алып келетінін болжайды. Бірақ шындығында, бірге өмір сүру үшін қанша дифференциация қажет деген сұрақ туындайды. Бұл сұраққа нақты жауап беру қиын, бірақ екі түр неғұрлым ұқсас болса, олардың бірге өмір сүруі үшін ортаның жағдайлары соншалықты тепе-теңдікке келтірілуі керек. Бірге өмір сүру үшін қажетті нишалық дифференциацияның шектері бар, және бұл шектеулер ресурстың түріне, ортаның ерекшеліктеріне, сондай-ақ түрлер ішіндегі және түрлер арасындағы айырмашылықтарға байланысты өзгеруі мүмкін. Нишалық дифференциация туралы сұрақтарға жауап беру үшін экологтар әртүрлі бірге өмір сүретін және бәсекелесетін түрлердің нишаларын анықтап, өлшеуі және сандық түрде бағалауы керек. Бұл көбінесе егжей-тегжейлі экологиялық зерттеулер, бақыланатын тәжірибелер (бәсекелестіктің күшін анықтау үшін) және математикалық модельдерді қолдану арқылы жүзеге асырылады. Нишалық дифференциация мен бәсекелестіктің механизмдерін түсіну үшін екі түрдің өзара әрекеттесуі, олардың ресурстарды қалай пайдалануы және олардың қандай экожүйеде өмір сүретіні туралы көптеген мәліметтер жинақталуы қажет. Сонымен қатар, нишаның кеңдігін, бәсекелестікті және бірге өмір сүруді сандық бағалауға арналған бірнеше математикалық модельдер бар (Bastolla және басқалар, 2005). Дегенмен, қолданылған әдістерге қарамастан, нишалар мен бәсекелестікті сандық тұрғыдан өлшеу өте қиын, бұл нишалық дифференциацияны анықтау мен көрсетуді қиын және күрделі етеді.

Даму

Уақыт өте келе, екі бәсекелес түр нишалық дифференциация немесе басқа жолдар арқылы бірімен бірі қатар өмір сүре алады, немесе бір түр жергілікті түрде жойылып кетуге дейін бәсекелеседі. Осы екі мүмкін нәтижеге байланысты нишалық дифференциация қалай пайда болады немесе қалай эволюциялайды деген сұрақтарға қатысты бірнеше теория бар.

Қазіргі бәсекелестік (Бүгінгі бәсекелестік елесі)

Нишалық дифференциация қазіргі бәсекелестік нәтижесінде туындауы мүмкін. Мысалы, X түрінің тау беткейінің барлық бөлігіне негізгі нишасы бар, бірақ оның іске асырылған нишасы беткейдің жоғарғы жағымен ғана шектеледі, себебі Y түрі, бәсекелестікке жақсы төтеп береді, бірақ беткейдің жоғарғы жағында тіршілік ете алмайды, ол X түрін төменгі бөліктен ығыстырып шығарды. Осы жағдайда, бәсекелестік осы екі түрдің арасында таудың ортаңғы бөлігінде белгісіз мерзімге жалғаса береді. Сондықтан, нишалық дифференциацияның болуын анықтау (бәсекелестік арқылы) салыстырмалы түрде жеңіл болады. Маңыздысы, бұл жағдайда жеке түрлердің эволюциялық өзгерісі болмайды; керісінше, бұл Y түрінің X түрін Y түрінің негізгі нишасы шегінде басып озуының экологиялық салдары.

Өткендегі жойылулар арқылы (Өткендегі бәсекелестік арманы)

Нишалық дифференциация пайда болуының тағы бір жолы – бұл іске асырылмаған нишалары жоқ түрлердің бұрынғы жойылуы арқылы. Бұл, өткенде бірнеше түр белгілі бір аймақты мекендегенін және олардың барлығының үстіңгі жағынан келген нишалары (негізгі нишалары) бір-бірімен толысқандығын көрсетеді. Дегенмен, бәсекелестік терістеу арқылы, бәсекеге төмен қабілетті түрлер жойылды, тек қана бірге өмір сүре алатын түрлер қалды (яғни, ең бәсекеге қабілетті түрлер, олардың іске асырылған нишалары толыспайды). Бұл процесс жеке түрлердің эволюциялық өзгерісін қамтымайды, ол тек бәсекелестік терістеу принципінің нәтижесі. Сондай-ақ, соңғы қоғамда ешбір түр басқа түрмен бәсекелес болмағандықтан, нишалық дифференциацияның болуын анықтау қиын немесе мүмкін емес болады.

Әртүрлі өзгерістер

Соңында, нишалық дифференциация бәсекелестіктің эволюциялық салдары ретінде туындауы мүмкін. Осы жағдайда, екі бәсекелес түр ресурстарды пайдаланудың әртүрлі жолдарын дамытып, бәсекелесуден қашады. Мұнда да қазіргі кездегі бәсекелестік болмауы немесе төмен деңгейде болуы мүмкін, сондықтан нишалық дифференциацияны анықтау қиын немесе мүмкін емес.

Түрлері

Төменде түрлер нишаларын қалай бөлісе алатынының тізімі келтірілген. Бұл тізім толық емес, бірақ бірнеше классикалық мысалдарды ұсынады.

Ресурстарды бөлу

Ресурстарды бөлу – екі немесе одан көп түрдің азық-түлік, кеңістік, демалыс орындары сияқты ресурстарды бөлісіп, бірге тіршілік ету құбылысы. Мысалы, кейбір кесіртке түрлері әртүрлі өлшемдегі жәндіктерді жейтіндіктен, бірге тіршілік етеді. Сонымен қатар, егер әр түр әртүрлі ресурстарға тәуелді болса немесе ресурстарды алу қабілеті әртүрлі болса, түрлер бірдей ресурстарда да бірге тіршілік ете алады. Әртүрлі фитопланктон түрлері азот, фосфор, кремний және жарық бойынша әртүрлі шектелімдерге тап болғанда бірге тіршілік ете алады. Егер түрдің саны азаятын болса, ол ең көп тәуелді болатын азық-түлік көбейе түседі (өйткені оны жеуге жеткілікті жекелеме жоқ). Нәтижесінде, қалған жекелемелер азық-түлік үшін бәсекелестікке аз ұшырайды. «Ресурс» әдетте тамаққа қатысты болғанымен, түрлер тіршілік ортасының бөліктері сияқты тұтынылмастан да бөліне алады. Мысалы, құстар ағаштардың әртүрлі бөліктерінде ұя салғандықтан, бірге тіршілік етеді деп есептеледі. Түрлер тіршілік ортасын әртүрлі ресурстарға қол жеткізуге мүмкіндік беретіндей етіп бөлуге болады. Кіріспеде айтылғандай, анол кесірткелері әрқайсысы орманның әртүрлі бөліктерін тұрақ ретінде пайдаланатындықтан, бірге тіршілік етеді. Өсімдіктер арасындағы байланыс өсімдік тамырларынан ризосфераға бөлінетін секрециядан басталады. Егер басқа, туыс өсімдік осы аймаққа енсе, ол эксудаттарды сіңіреді. Эксудат, бірнеше әртүрлі қосылыстардан тұратындықтан, өсімдік тамырының жасушасына еніп, егер өзара әрекеттесу туыстық болса, сол химиялық затқа рецепторға байланысып, тамырдың өсуін тоқтатады. Симонсен өсімдіктердің пайдалы ризобиялар мен саңырауқұлақ желілері арқылы тамыр байланысын қалай жүзеге асыратынын және M. Lupulina сияқты туыс өсімдіктердің әртүрлі генотиптерінің, сондай-ақ азотты бекітетін бактериялар мен ризомалардың белгілі бір штамдарының туыс және туыс емес бәсекелестіктің арақатынасын өзгерте алатынын талқылайды. Бұл туыс өсімдіктерде басқа туыстарынан жақсырақ таңдалатын генотиптердің нақты жиынтығы болуы мүмкін, бұл оларға басқа туыстардан озып кетуге мүмкіндік береді. Алғашқы жұмыстар мамандандырылған жыртқыштарға бағытталған; Янцен-Коннелл гипотезасы – жыртқыштарды бөлудің бір түрі.

Шартты дифференциациялау

Шартты дифференциация (кейде уақытша экологиялық нишаны бөлу деп аталады) түрлердің бәсекелесу қабілеттері қоршаған ортаның өзгеретін жағдайларына байланысты айырмашылық тудырғанда пайда болады. Мысалы, Сонора шөлінде кейбір бір жылдық өсімдіктер ылғалды жылдары жақсы өседі, ал басқалары құрғақ жылдары жақсы өседі. Осының салдарынан, әр түрдің кейбір жылдары басымдықтары болады, ал кейбір жылдары болмайды. Қоршаған орта жағдайлары ең қолайлы болған кезде, жекелеген организмдер өз түрлесінің өкілдерімен ең күшті бәсекелесуге бейім болады. Мысалы, құрғақ жылда құрғаққа бейімделген өсімдіктер басқа құрғаққа бейімделген өсімдіктермен ең көп шектеледі. Бұл құбылыс әлсіз деп сынға ұшырады, себебі теориялық модельдер осы механизмнің арқасында бір қауымдастықта тек екі түр ғана бірге тіршілік ете алады деп болжайды.

Ниша және географиялық аумағы

Бір түрдің географиялық ареалы оның экологиялық нишасының кеңістіктік бейнесі ретінде қарастырылуы мүмкін, сонымен қатар географиялық үлгінің ерекшеліктері мен оның таралуына әсер ететін түрлер де осы ареалды анықтайды. Бір түрдің негізгі географиялық ареалы – бұл оның таралуына және қоныстануына ешқандай кедергі жоқ, экологиялық жағдайлары қолайлы болатын аумақ. Коннелл өз тәжірибелерінде C. stellatus нишаларының басты ерекшеліктерін сипаттап, аралдың тасты жағалауының су тасқыны аймағында олардың таралу себептерін түсіндірді. Коннелл C. stellatus ареалының жоғарғы шегі – судың төмендеу кезеңінде құрғауға төтеп беру қабілетімен шектелетінін көрсетті. Аумақтың төменгі шегі түрлер аралық өзара әрекеттесулермен, атап айтқанда, бірге тіршілік ететін барнакл түрлерімен бәсекелесу және қабықшалы ұлудың хищниктігімен байланысты.