Компромисс между конкуренцией и колонизацией
Экологическая микросукцессия и компромисс между конкуренцией и колонизацией в бактериальном метасообществе на чипе . ( A ) эскиз микромасштабной структурированной бактериальной среды на основе микрофлюидной технологии; ( B ) флуоресцентное микроскопическое изображение Escherichia coli (пурпурный) и Pseudomonas aeruginosa (зеленый), населяющих устройство типа, изображенного на A, которое было смочено питательной средой и инокулировано обоими видами; ( C ) последовательность из пяти снимков бактериального сообщества, распределенного по пяти участкам (из массива с 85), изображающая пространственную динамику конкуренции между E. coli (пурпурный) и P. aeruginosa (зеленый); ( D ) представление картины сукцессии, демонстрируемой двумя видами бактерий при конкуренции за пространство и ресурсы в неоднородной среде. [1]

В экологии компромисс между конкуренцией и колонизацией является стабилизирующим механизмом , который был предложен для объяснения разнообразия видов в некоторых биологических системах, особенно тех, которые не находятся в равновесии. [2] [3] В этом случае некоторые виды особенно хороши в колонизации, а другие имеют хорошо зарекомендовавшие себя способности к выживанию. [4] Концепция компромисса между конкуренцией и колонизацией была первоначально предложена Левинсом и Калвером, модель указывала на то, что два вида могут сосуществовать, если один из них обладает безупречными навыками конкуренции, а другой — превосходен в колонизации. [5] Модель указывает на то, что обычно существует компромисс, при котором вид обычно лучше либо конкурирует, либо колонизуется. Также была предложена более поздняя модель, названная Модель лотереи, в которой межвидовая конкуренция учитывается внутри популяции.

Математические модели

Модель Левинса и Калвера

г п 1 г т = с 1 п 1 ( 1 − п 1 ) − м 1 п 1 {\displaystyle {\frac {{\text{d}}p_{1}}{{\text{d}}t}}=c_{1}p_{1}(1-p_{1})-m_{1}p_{1}}
г п 2 г т = с 2 п 2 ( 1 − п 1 − п 2 ) − м 2 п 2 − с 1 п 1 п 2 {\displaystyle {\frac {{\text{d}}p_{2}}{{\text{d}}t}}=c_{2}p_{2}(1-p_{1}-p_{2})-m_{2}p_{2}-c_{1}p_{1}p_{2}}

Где: доля участков, занятых видом ; п я = {\displaystyle p_{i}=} я {\displaystyle я}

с я = {\displaystyle c_{i}=} скорость колонизации видов ; я {\displaystyle я}

м я = {\displaystyle m_{i}=} уровень смертности видов (независимо от плотности популяции). я {\displaystyle я}

Вид 1 = конкурент, может колонизировать территорию, которая не заселена или населена видом 2 . ( 1 − п 1 ) {\displaystyle (1-p_{1})}

Вид 2 = колонизатор, может колонизировать только необитаемые районы . ( 1 − п 1 − п 2 ) {\displaystyle (1-p_{1}-p_{2})}

Вид 2 подвержен вытеснению конкурентом . ( − с 1 п 1 п 2 ) {\displaystyle (-c_{1}p_{1}p_{2})}

Если вид 2 имеет более высокую скорость колонизации, он может сосуществовать с видом 1: . с 2 > с 1 ( с 1 + м 2 − м 1 ) м 1 {\displaystyle c_{2}>{\frac {c_{1}(c_{1}+m_{2}-m_{1})}{m_{1}}}}

Эта модель описывается как модель конкуренции за вытеснение, она наблюдалась у морских моллюсков и грибов. Эта модель делает два больших предположения: 1. «пропагула более сильного конкурента захватывает участок у взрослой особи более слабого конкурента». [6] 2. Взрослая особь должна быть вытеснена достаточно быстро, чтобы гарантировать, что она не размножается во время вытеснения.

Модель лотереи

г п 1 г т = с 1 ф ф + п 2 п 1 ( час − п 1 − п 2 ) м 1 п 1 {\displaystyle {\frac {{\text{d}}p_{1}}{{\text{d}}t}}=c_{1}{\frac {f}{f+p_{2}}}p_{1}(h-p_{1}-p_{2})m_{1}p_{1}}
г п 2 г т = с 2 г г + п 1 п 2 ( час − п 1 − п 2 ) м 2 п 2 {\displaystyle {\frac {{\text{d}}p_{2}}{{\text{d}}t}}=c_{2}{\frac {g}{g+p_{1}}}p_{2}(h-p_{1}-p_{2})m_{2}p_{2}}

Скорость колонизации теперь описывается межвидовой конкуренцией.

f f + p 2 {\displaystyle {\frac {f}{f+p_{2}}}} и . Оба значения f и g > 0. g g + p 1 {\displaystyle {\frac {g}{g+p_{1}}}}

Увеличение p1 связано с уменьшением скорости колонизации вида 2.

g < f подразумевает конкурентное преимущество вида 1, а c2 > c1 подразумевает преимущество колонизации вида 2.

В растениях

Теория компромисса между конкуренцией и колонизацией в первую очередь использовалась для изучения и описания признаков семян растений, связанных с распространением. [7] Размер семян является основной характеристикой, которая относится к способности вида колонизировать или конкурировать в пределах данной популяции; эффект размера семян был продемонстрирован на двудольных однолетних растениях. [8] Тернбулл и коллеги указали, что компромисс между конкуренцией и колонизацией оказывает стабилизирующее воздействие на популяцию растений.

В водорослях

Например, в классическом исследовании приливной зоны в Южной Калифорнии [ 9] было показано, что когда валун опрокидывался, он быстро колонизировался зелеными водорослями и усоногими раками (которые были лучшими колонизаторами). Однако, если их не трогать, валуны в конечном итоге были бы захвачены красными водорослями (которые были более сильным конкурентом в долгосрочной перспективе).

У бактерий

Экспериментально показано, что в двухвидовом искусственном метасообществе подвижных штаммов на чипе бактерия Escherichia coli является беглым видом, тогда как Pseudomonas aeruginosa является более медленным колонизатором, но более сильным конкурентом. [10] Модель экологической сукцессии, определяющая динамику метасообщества в неоднородном ландшафте местообитания, выглядит следующим образом: начиная с нетронутого одномерного (массивного) архипелага островных местообитаний (участков), который инокулируется E. coli и P. aeruginosa с противоположных концов; локально E. coli колонизирует первой, а затем P. aeruginosa берет верх, в то время как в масштабе ландшафта E. coli сохраняется как беглый вид, борющийся за участки.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Wetherington MT, Nagy K, Dér L, Ábrahám Á, Noorlag J, Galajda P, Keymer JE (ноябрь 2022 г.). «Экологическая сукцессия и компромисс между конкуренцией и колонизацией в микробных сообществах». BMC Biology . 20 (1): 262. doi : 10.1186/s12915-022-01462-5 . PMC  9710175. PMID  36447225 .
  2. ^ Hastings A (декабрь 1980 г.). «Нарушение, сосуществование, история и конкуренция за пространство». Теоретическая популяционная биология . 18 (3): 363– 373. doi :10.1016/0040-5809(80)90059-3.
  3. ^ Cadotte MW (апрель 2007 г.). «Компромиссы конкуренции и колонизации и эффекты нарушения в различных масштабах». Экология . 88 (4): 823– 829. Bibcode : 2007Ecol...88..823C. doi : 10.1890/06-1117. PMID  17536699.
  4. ^ Calcagno V, Mouquet N, Jarne P, David P (август 2006 г.). «Сосуществование в метасообществе: компромисс между конкуренцией и колонизацией не умер». Ecology Letters . 9 (8): 897– 907. Bibcode : 2006EcolL...9..897C. doi : 10.1111/j.1461-0248.2006.00930.x. PMID  16913929.
  5. ^ Левинс Р., Калвер Д. (июнь 1971 г.). «Региональное сосуществование видов и конкуренция между редкими видами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (6): 1246– 1248. Bibcode :1971PNAS...68.1246L. doi : 10.1073/pnas.68.6.1246 . PMC 389163 . PMID  16591932. 
  6. ^ Yu DW, Wilson HB (июль 2001 г.). «Компромисс между конкуренцией и колонизацией мертв; да здравствует компромисс между конкуренцией и колонизацией». The American Naturalist . 158 (1): 49– 63. doi :10.1086/320865. PMID  18707314. S2CID  12137882.
  7. ^ Cadotte MW, Mai DV, Jantz S, Collins MD, Keele M, Drake JA (ноябрь 2006 г.). «О тестировании компромисса между конкуренцией и колонизацией в многовидовом сообществе». The American Naturalist . 168 (5): 704– 709. doi :10.1086/508296. PMID  17080367. S2CID  22179221.
  8. ^ Turnbull LA, Coomes D, Hector A, Rees M (2004). «Масса семян и компромисс между конкуренцией и колонизацией: конкурентные взаимодействия и пространственные закономерности в гильдии однолетних растений». Journal of Ecology . 92 (1): 97– 109. Bibcode :2004JEcol..92...97T. doi : 10.1111/j.1365-2745.2004.00856.x .
  9. ^ Sousa WP (декабрь 1979 г.). «Нарушение морских приливных валунных полей: неравновесное поддержание видового разнообразия». Ecology . 60 (6): 1225– 1239. Bibcode :1979Ecol...60.1225S. doi :10.2307/1936969. JSTOR  1936969.
  10. ^ Wetherington MT, Nagy K, Dér L, Ábrahám Á, Noorlag J, Galajda P, Keymer JE (ноябрь 2022 г.). «Экологическая сукцессия и компромисс между конкуренцией и колонизацией в микробных сообществах». BMC Biology . 20 (1): 262. doi : 10.1186/s12915-022-01462-5 . PMC 9710175. PMID  36447225 . 
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Competition–colonization_trade-off&oldid=1203432270"