Введение
Эффект Алли — это явление в биологии, характеризующееся взаимосвязью между размером или плотностью популяции и средней индивидуальной приспособленностью (часто измеряемой как удельный темп прироста численности) популяции или вида.
The Allee effect is a phenomenon in biology characterized by a correlation between population size or density and the mean individual fitness (often measured as per capita population growth rate) of a population or species.
История и происхождение
Хотя концепция эффекта Элли в то время еще не имела названия, она была впервые описана в 1930-х годах его автором, Уордером Клайдом Элли. В ходе экспериментальных исследований Элли продемонстрировал, что у золотых рыбок выживаемость выше при большем количестве особей в аквариуме. Это привело его к выводу, что объединение в группы может повысить выживаемость отдельных особей, и что сотрудничество может играть решающую роль в эволюции социальной структуры в целом. Термин "принцип Элли" был введен в 1950-х годах, в период, когда экология уделяла большое внимание роли конкуренции между видами и внутри видов. Классическое представление о динамике популяций утверждало, что из-за конкуренции за ресурсы популяция испытывает снижение общей скорости роста при высокой плотности и увеличение скорости роста при низкой плотности. Иными словами, отдельным особям в популяции было бы лучше при меньшем количестве сородичей из-за ограниченности ресурсов (см. логистический рост). Однако концепция эффекта Элли внесла идею о том, что при низкой плотности популяции действует обратная зависимость. Отдельным особям внутри вида часто требуется помощь других особей не только для размножения, но и для выживания. Наиболее очевидный пример этого можно наблюдать у животных, которые охотятся на добычу или защищаются от хищников группами.
Определение
Общепринятое определение эффекта Элли — положительная зависимость от плотности, или положительная корреляция между плотностью популяции и индивидуальной приспособленностью. Его иногда называют "недостаточной численностью" и он аналогичен (или даже считается синонимом) понятию "депенсация" в области рыболовства. Ниже приведены некоторые важные подкатегории эффекта Элли, используемые в экологической литературе.
Компонент против демографических эффектов Алле
Эффект Алли – это положительная связь между любым измеримым компонентом индивидуальной приспособленности и плотностью популяции. Демографический эффект Алли – это положительная связь между общей индивидуальной приспособленностью и плотностью популяции. Различие между этими двумя терминами заключается в масштабе эффекта Алли: наличие демографического эффекта Алли предполагает наличие как минимум одного компонентного эффекта Алли, в то время как наличие компонентного эффекта Алли не обязательно приводит к демографическому эффекту Алли. Например, кооперативная охота и облегченный поиск партнеров, на которые влияет плотность популяции, являются компонентными эффектами Алли, поскольку они влияют на индивидуальную приспособленность популяции. При низкой плотности популяции эти компонентные эффекты Алли складываются, приводя к общему демографическому эффекту Алли (повышению приспособленности при более высокой плотности популяции). Когда плотность популяции достигает высоких значений, отрицательная зависимость от плотности часто компенсирует компонентные эффекты Алли из-за конкуренции за ресурсы, тем самым устраняя демографический эффект Алли. Эффекты Алли могут возникать даже при высокой плотности популяции у некоторых видов. Например, ветроопыляемые растения будут иметь более низкую приспособленность в разреженных популяциях из-за меньшей вероятности успешного попадания пыльцы на особь того же вида. Кооперативная защита. Еще одним возможным преимуществом агрегации является защита от хищничества посредством группового антихищнического поведения. Многие виды демонстрируют более высокую частоту бдительного поведения, направленного на обнаружение хищников, на одну особь при низкой плотности. Эта повышенная бдительность может приводить к уменьшению времени и энергии, затрачиваемых на поиск пищи, тем самым снижая приспособленность особи, живущей в небольших группах. Яркий пример такой совместной бдительности демонстрируют сурикаты. Между тем, другие виды двигаются синхронно, чтобы запутать и избежать хищников, например, косяки сардин и стаи скворцов. Эффект дезориентации, который это стадное поведение оказывает на хищников, будет более эффективным при большем количестве особей. Хотя этот случай экологической обусловленности у лосося выглядит убедительно, он не был строго подтвержден эмпирическими данными.
Индуцированные человеком
Классическая экономическая теория предсказывает, что эксплуатация популяции человеком вряд ли приведет к исчезновению вида, поскольку растущие затраты на поиск последних особей превысят фиксированную цену, получаемую от продажи особей на рынке. Однако, когда редкие виды более востребованы, чем обычные, цены на редкие виды могут превышать высокие затраты на добычу. Это явление может создавать «антропогенный» эффект Алли, при котором редкие виды вымирают, а обычные виды эксплуатируются устойчиво. Антропогенный эффект Алли стал стандартным подходом к пониманию угрозы, которую экономические рынки представляют для исчезающих видов. Однако исходная теория была сформулирована на основе одномерного анализа двухмерной модели. Общее снижение жизнеспособности вида вызвано накоплением вредных мутаций в популяции. Генетическая изменчивость внутри вида может варьироваться от полезной до вредной. Тем не менее, в меньшем генофонде выше вероятность стохастического события, при котором вредные аллели закрепляются (генетический дрейф). В то время как эволюционная теория утверждает, что экспрессированные вредные аллели должны быть устранены посредством естественного отбора, это устранение будет наиболее эффективным для аллелей, которые являются крайне вредными. Слабо вредные аллели, проявляющиеся позднее в жизни, с меньшей вероятностью будут удалены естественным отбором, и, наоборот, вновь приобретенные полезные мутации с большей вероятностью будут потеряны случайно в небольших генетических пулах, чем в больших. Хотя долгосрочное сохранение нескольких видов с низкой генетической изменчивостью недавно вызвало дискуссии об универсальности депрессии инбридинга, существует множество эмпирических данных, подтверждающих генетический эффект Алли. Одним из таких примеров является исчезающая флоридская пантера (Puma concolor coryi). Флоридская пантера пережила генетическое «узкое место» в начале 1990-х годов, когда численность популяции сократилась примерно до 25 взрослых особей. Это снижение генетического разнообразия было связано с дефектами, включая снижение качества спермы, аномальный уровень тестостерона, вихры на шерсти и искривленные хвосты. В ответ был разработан план генетического спасения, и несколько самок пумы из Техаса были интродуцированы во флоридскую популяцию. Это быстро привело к снижению распространенности дефектов, ранее связанных с депрессией инбридинга. Хотя временной масштаб этой депрессии инбридинга больше, чем у более непосредственных эффектов Алли, это имеет значительные последствия для долгосрочного сохранения вида.
Демографическая стохастичность
Демографическая стохастичность относится к изменчивости в росте популяции, возникающей из-за случайного выбора рождаемости и смертности в популяции конечного размера. В небольших популяциях демографическая стохастичность снижает скорость роста популяции, вызывая эффект, аналогичный эффекту Элли, который повышает риск вымирания популяции. Однако вопрос о том, можно ли считать демографическую стохастичность частью эффекта Элли, остаётся дискуссионным. Современное определение эффекта Элли рассматривает взаимосвязь между плотностью популяции и средней индивидуальной приспособленностью. Следовательно, случайные колебания, вызванные событиями рождаемости и смертности, не рассматриваются как часть эффекта Элли, поскольку повышенный риск вымирания не является следствием изменения судьбы отдельных особей в популяции. Тем не менее, когда демографическая стохастичность приводит к колебаниям соотношения полов, это, вероятно, снижает среднюю индивидуальную приспособленность по мере сокращения численности популяции. Например, колебание в малой популяции, вызывающее недостаток особей одного пола, в свою очередь, ограничивает доступ к партнерам для особей противоположного пола, снижая приспособленность особей в популяции. Этот тип эффекта Элли, вероятно, будет более распространен у моногамных видов, чем у полигамных.
Принципы агрегации
Формирование скоплений происходит из-за того, что особи собираются в группы в ответ на: различия в местной среде обитания или ландшафте, суточные и сезонные изменения погоды, процессы размножения или под воздействием социальных факторов привлекательности.