Экология и эволюция: влияние среды на поведение и окраску организмов.
Ecology and evolutionary biology
Экология и эволюционная биология: изучение взаимодействия организмов и среды, эволюции видов и влияния человека на экосистемы. Исследования птиц и их пения.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Экология и эволюционная биология – это междисциплинарная область изучения, посвященная взаимодействию между организмами и их постоянно меняющейся средой, объединяющая перспективы эволюционной биологии и экологии. Эта область включает в себя изучение того, как организмы реагируют и эволюционируют, а также взаимоотношения между животными, растениями и микроорганизмами при изменении их среды обитания. Экология и эволюционная биология – это широкая область, охватывающая различные временные масштабы и уровни организации, которая также помогает нам понять воздействие человека на глобальную экосистему и разработать меры для достижения устойчивого развития.
Ecology and evolutionary biology is an interdisciplinary field of study concerning interactions between organisms and their ever changing environment, including perspectives from both evolutionary biology and ecology. This field of study includes topics such as the way organisms respond and evolve, as well as the relationships among animals, plants, and micro organisms, when their habitats change. Ecology and evolutionary biology is a broad field of study that covers various ranges of ages and scales, which can also help us to comprehend human impacts on the global ecosystem and find measures to achieve more sustainable development.
Птичий пение
Существует множество акустических исследований, посвященных птицам. Птицы учатся петь по определенным схемам, поскольку пение передает информацию для привлечения партнеров, что является результатом эволюции. Однако на эту эволюцию также влияют экологические факторы. Исследование записей песен самцов белоголовых воробьев из разных регионов показало, что пение птиц из одной и той же местности имеет общие характеристики, в то время как пение птиц из разных мест, скорее всего, различается по типу. Пение птиц из районов с плотной растительностью, как правило, состоит из медленных трелей и низких частот, а пение птиц из более открытых районов – из быстрых трелей и высоких частот. Это, вероятно, связано с различиями в распространении звука в растительности. Низкие частоты распространяются дальше в плотной растительности, чем высокие. Поэтому для птиц, обитающих в густой растительности, выгодно петь на более низких частотах, чтобы их песни могли быть услышаны конкурентами и потенциальными партнерами на большом расстоянии. Похожая закономерность наблюдалась у птиц, живущих в горах. Птицы, обитающие на большей высоте, пели на более высоких частотах, вероятно, из-за более низкой температуры в верхних частях гор и, следовательно, меньшего разнообразия других видов. Другие животные также издают звуки, с которыми птицам приходится конкурировать, поэтому при меньшем количестве видов конкуренция по высокочастотным звукам снижается.
There is a number of acoustic research about birds. Birds learn to sing in specific patterns because birdsong conveys information to select partners, which is a result of evolution. However, this evolution is also affected by ecological factors. Research with recorded birdsong of male white crowned sparrows from different regions found that the birdsongs from the same location have the same traits, while birdsongs from different locations are more likely to have different song types. Birdsongs from areas with dense vegetation tend to only have slow trilling sounds and low frequencies, while birdsongs from more open areas have fast trilling sounds and higher frequencies. This is probably due to differences in the propagation of sound through vegetation. Low frequencies can be heard from further away when going through dense vegetation than high frequencies. For that reason it would be an advantage for birds who live in dense vegetation to sing at lower frequencies. That way, their songs can still be heard by competitors and potential mates far away. Something similar was found in birds living on a mountain. The birds who lived higher up were singing at higher frequencies. This was probably due to the higher parts of the mountain being colder and therefore fewer other species living there. Other animals also make sounds with which the birds would have to compete, so when there are less species, there are less high frequency sounds to compete with.
Цвет улитки
Цвет и орнамент раковин улиток почти полностью определяются их генами. Один из видов наземных улиток, Cepaea nemoralis, широко распространенный в Европе, был изучен и оказался представленным в нескольких различных цветовых вариациях и с разным количеством темных полос на раковине. В рамках масштабного гражданско-научного проекта «Эволюционная мегалаборатория» жители многих европейских стран собирали улиток и подсчитывали количество особей определенного цвета/с определенным рисунком полос в конкретной среде обитания. Некоторые цвета лучше заметны птицам, что является одним из механизмов отбора наиболее хорошо замаскированных улиток. Это также зависит от конкретной среды обитания. Например, желтые улитки, живущие в дюнах, лучше замаскированы, чем коричневые. Другой фактор, определяющий преимущество определенного цвета раковины в конкретной среде обитания, – температура. Было установлено, что темные раковины поглощают больше тепла, что может привести к перегреву улитки в определенных условиях, например, в дюнах. В таких местах чаще встречаются улитки светлых оттенков. Междисциплинарная область изучения.
The colour and ornamentation of the snails' shells are almost entirely determined by their genes. One kind of land snail, Cepaea nemoralis, which is very common in Europe, has been studied and found to have a few different colours and a different amount of dark bands on their shells. In a large citizen science project 'the Evolution Mega Lab', citizens of many different countries throughout Europe collected snails and counted how many snails of a certain colour/band pattern were present in a certain habitat. Some colours can be seen better by birds, which is one way in which the best camouflaged snails are selected for. This also depends on the habitat in which the snails live. For instance yellow snails living in the dunes are better camouflaged than brown snails. Another reason that one colour of shell might be better in a certain habitat is because of the temperature. It was found that darker shells absorb more heat, which can be a risk for overheating of the snail in certain habitats like dunes. In those places lighter coloured snails were found more often. Interdisciplinary field of study
Городская эволюция
С быстрорастущими городами и высокими темпами урбанизации сформировался совершенно новый тип среды обитания. Городская экосистема – это среда экстремальных условий, способствующая быстрой эволюции. В городских районах наблюдаются более высокие темпы фенотипических изменений по сравнению с естественными и негородскими антропогенными системами. Возникло направление исследований, посвященное городской эволюции, в рамках которого изучаются адаптации животных и растений к городской среде. В тропических регионах определенный вид ящериц, Anolis cristatellus, обитает как в городских, так и в природных зонах. Эти ящерицы лазают по стволам деревьев, заборам и стенам зданий. В городах поверхности более скользкие и гладкие, чем в природных условиях. Это создает повышенный риск падения и гибели. Было установлено, что городские ящерицы адаптировались к этим скользким поверхностям, развив более длинные конечности и большее количество ламелл под лапами, что помогает им безопасно передвигаться по гладким поверхностям. Одним из отличий городских и природных зон является антропогенный шум, например, шум от транспорта. Частоты этих звуков частично совпадают с частотами птичьих песен. В городах птицы стали петь на более высоких частотах, чем в естественной среде, чтобы их могли слышать сородичи. Также было обнаружено, что их песни стали короче. Это один из способов адаптации птиц к новой городской среде. Пример городской эволюции растений был обнаружен у Crepis sancta. Это растение производит семена с хохолком, которые разносятся ветром для распространения. В городской среде зеленые участки встречаются очень редко, и они часто малы и удалены друг от друга. Из-за этого вероятность того, что семена попадут на асфальт или камень и не смогут прорасти, значительно выше, чем на открытых полях. Crepis sancta производит как легкие семена с хохолком, так и более тяжелые семена без него. В городе растения производят больше тяжелых семян по сравнению с растениями в негородских районах. Это логично с эволюционной точки зрения, поскольку тяжелые семена падают в непосредственной близости от материнского растения, вероятно, на том же зеленом участке, и, следовательно, имеют больше шансов на прорастание. Еще одной характеристикой городских районов является световое загрязнение. Одним из известных последствий светового загрязнения является привлечение насекомых. До появления искусственного освещения единственным источником света ночью была луна. Насекомые летают под фиксированным углом к луне, чтобы лететь по прямой. Однако наши источники света находятся очень близко. Поэтому, если насекомое летит под фиксированным углом по отношению к уличному фонарю, например, оно начинает летать по кругу и в конечном итоге кружится вокруг него, что снижает его шансы найти пищу и партнера для размножения. Было обнаружено, что городских мотыльков меньше привлекают источники света, что напрямую влияет на их шансы на выживание и размножение, поскольку они не тратят время вблизи источника света.
With fast growing cities and high rates of urbanization a whole new kind of environment has emerged. The urban ecosystem is a place of extremities and makes for fast evolution. Higher rates of phenotypic change have been observed in urban areas compared to natural and nonurban anthropogenic systems. A field of study has emerged regarding urban evolution in which the adaptations of animals and plants to urban environments are studied. In tropical regions a certain species of lizards, Anolis cristatellus, lives in both urban and natural areas. These lizards climb on tree trunks, fences and the walls of buildings. In urban areas more slippery and smooth surfaces are found than in natural areas. This creates a higher risk of falling and dying. The lizards in cities were found to have adapted to these slippery surfaces, by developing longer limbs and more lamellae under their feet that help them to run safely on these smooth surfaces. One of the differences between urban areas and natural areas is anthropogenic noise, such as traffic noise. The frequencies of these sounds overlap partly with the frequencies of bird songs. In cities, birds started to sing at higher frequencies than they do in natural areas, in order to still be heard by their conspecifics. Their songs were also found to be shorter. This is a way in which the birds adapt to the new urban environment. An example of urban evolution in plants was found in Crepis sancta. This plant makes seeds with pappus that can travel with the wind, for seed dispersal. In urban environments green patches are very rare and are also often very small and far apart. Due to this, the chances of the seeds landing on asphalt or stone and not being able to sprout are way higher than in open fields. Crepis sancta makes both light seeds with pappus as well as heavier seeds without pappus. In the city the plants were found to make more heavy seeds in comparison to the plants in nonurban areas. This makes sense from an evolutionary perspective since heavy seeds fall very close to the mother plant, probably in the same green patch, and therefore have a higher chance of sprouting. Another characteristic of urban areas is light pollution. One of the well known consequences of light pollution is the attraction of insects. Before the presence of human light, the only source of light at night was the moon. Insects fly with a fixed angle to the moon to be able to fly in a straight line. Our light sources, however, are very close by. So if an insect flies with a fixed angle compared to a street light for instance, he starts flying in circles and eventually ends up circling the street light, which reduces his chances of finding food and a mating partner. Urban moths were found to have a reduced attraction to light sources, which directly impacts their chances for survival and mating by not wasting time close to a light source.