Хищничество семян
Питание семенами как основным или единственным источником пищи
Найдите значение слова «зерноядный» в Викисловаре, бесплатном словаре.
Соплодие клубники , поврежденное мышью , поедавшей семена ( семянки ).

Хищничество семян , часто называемое зерноядностью , является типом взаимодействия растений и животных, при котором зерноядные ( хищники семян ) питаются семенами растений как основным или исключительным источником пищи, [1] во многих случаях оставляя семена поврежденными и нежизнеспособными. Зерноядные встречаются во многих семействах позвоночных (особенно млекопитающих и птиц ), а также беспозвоночных (в основном насекомых ); [2] таким образом, хищничество семян встречается практически во всех наземных экосистемах.

Хищничество семян обычно делится на две отличительные временные категории: хищничество до и после рассеивания, которые влияют на приспособленность родительского растения и рассеянного потомства (семени) соответственно. Смягчение хищничества до и после рассеивания может включать разные стратегии. Чтобы противостоять хищничеству семян, растения выработали как физическую защиту (например, форму и прочность семенной оболочки), так и химическую защиту ( вторичные соединения, такие как танины и алкалоиды ). Однако по мере того, как растения вырабатывали защиту семян, хищники семян адаптировались к защите растений (например, способность детоксифицировать химические соединения). Таким образом, из этих динамических отношений возникает много интересных примеров коэволюции .

Семена и их защита

Мышь ест семена

Семена растений являются важными источниками питания для животных в большинстве экосистем. Семена содержат органы хранения пищи (например, эндосперм ), которые обеспечивают питательными веществами развивающийся зародыш растения ( семядоли ). Это делает семена привлекательным источником пищи для животных, поскольку они являются высококонцентрированным и локализованным источником питательных веществ по отношению к другим частям растения.

Семена многих растений выработали множество защитных механизмов для сдерживания хищников . Семена часто содержатся внутри защитных структур или мякоти плодов, которые инкапсулируют семена до тех пор, пока они не созреют. Другие физические средства защиты включают шипы, волоски, волокнистые оболочки семян и твердый эндосперм. Семена, особенно в засушливых районах, могут иметь слизистую оболочку семян, которая может приклеивать почву к семенам, скрывая их от зерноядных. [3]

Некоторые семена выработали сильные химические соединения, противодействующие травоядным. В отличие от физической защиты, химическая защита семян сдерживает потребление с помощью химикатов, которые токсичны или неприятны для зерноядных животных или которые подавляют усвояемость семян. Эти химикаты включают токсичные небелковые аминокислоты , цианогенные гликозиды , ингибиторы протеазы и амилазы и фитогемаглютинины . [1] Растения могут сталкиваться с компромиссами между распределением в пользу защиты и размером и количеством производимых семян.

Растения могут снижать интенсивность хищничества семян, делая семена пространственно или временно редкими для зерноядных. Предполагается, что распространение семян от родительского растения снижает интенсивность хищничества семян. [4] [5] Мастинг семян является примером того, как популяции растений способны временно регулировать интенсивность хищничества семян. Мастинг относится к согласованному обилию производства семян, за которым следует период скудности. Эта стратегия имеет потенциал для регулирования размера популяции хищников семян.

Хищничество семян против распространения семян

Адаптации для защиты семян от хищников могут влиять на способность семян прорастать и распространяться. Таким образом, адаптации против хищников часто встречаются в наборе адаптаций для определенной истории жизни семян. Например, растения чили выборочно отпугивают млекопитающих, поедающих семена, и грибы с помощью капсаицина , который не отпугивает птиц, распространяющих семена [6] [7], потому что вкусовые рецепторы птиц не связываются с капсаицином. Семена чили, в свою очередь, имеют более высокую выживаемость, если они проходят через желудок птицы, чем если они падают на землю. [8]

До и после рассеивания

Хищничество семян может происходить как до, так и после их распространения. [9]

Предварительное рассеивание

Хищничество семян до распространения происходит, когда семена удаляются с родительского растения до распространения, и чаще всего оно было отмечено у беспозвоночных, птиц и зерноядных грызунов, которые срезают плоды непосредственно с деревьев и травянистых растений. Хищничество семян после распространения возникает после того, как семена были высвобождены из родительского растения. Известно, что птицы, грызуны и муравьи являются одними из самых распространенных хищников семян после распространения. Кроме того, хищничество семян после распространения может происходить на двух контрастных стадиях: хищничество на «семенном дожде» и хищничество на «семенном банке». В то время как хищничество на семенном дожде происходит, когда животные охотятся на высвобожденные семена, обычно на одном уровне с поверхностью земли, хищничество на семенном банке происходит после того, как семена были глубоко заделаны в почву. [1] Тем не менее, существуют важные позвоночные хищники до распространения, особенно птицы и мелкие млекопитающие.

После рассеивания

Хищничество семян после рассеивания чрезвычайно распространено практически во всех экосистемах. Учитывая неоднородность как типа ресурсов (семена разных видов), так и качества (семена разного возраста и/или разного статуса целостности или разложения) и местоположения (семена разбросаны и спрятаны в окружающей среде), большинство хищников после рассеивания имеют универсальные привычки. [1] Эти хищники принадлежат к разнообразному спектру животных, таких как муравьи, жуки, крабы, рыбы, грызуны и птицы. Ассоциация хищников семян после рассеивания значительно различается в разных экосистемах. [1] Рассеянное семя является первой независимой стадией жизни растения, таким образом, хищничество семян после рассеивания является первым потенциальным событием смертности и одним из первых биотических взаимодействий в жизненном цикле растения.

Различия

Распространены как пред-, так и пост-рассеивающие хищничество семян. Пред-рассеивающие хищники отличаются от пост-рассеивающих хищников тем, что чаще всего являются специалистами, приспособленными к кластерным ресурсам (на растении). Они используют специфические сигналы, такие как химия растений (летучие соединения), цвет и размер, чтобы найти семена, и их короткие жизненные циклы часто соответствуют производству семян растением-хозяином. Группы насекомых, содержащие много пред-рассеивающих хищников семян, включают Coleoptera , Hemiptera , Hymenoptera и Lepidoptera . [1]

Влияние на демографию растений

Сложная связь между хищничеством семян и демографией растений является важной темой интерактивных исследований растений и животных. Структура и размер популяции растений с течением времени тесно связаны с эффективностью, с которой хищники семян находят, потребляют и распространяют семена. Во многих случаях эта связь зависит от типа хищника семян (специалист против универсала) или конкретной среды обитания, в которой происходит взаимодействие. Роль хищничества семян в демографии растений может быть как пагубной, так и в отдельных случаях действительно полезной для популяций растений [ требуется ссылка ] .

Модель Джанзена-Коннелла рассматривает, как плотность семян и выживаемость реагируют на расстояние от родительского дерева и дифференциальные показатели хищничества семян. Предполагается, что плотность семян уменьшается по мере увеличения расстояния от родительского дерева. Там, где семян больше всего под родительским деревом, хищничество семян, как прогнозируется, будет самым высоким. По мере увеличения расстояния от родительского дерева, обилие семян и, следовательно, хищничество семян, как прогнозируется, уменьшаются по мере увеличения выживаемости семян. [4] [5]

Степень, в которой хищничество семян влияет на популяции растений, может варьироваться в зависимости от того, ограничен ли вид растения безопасным местом или ограничен семенами. Если популяция ограничена безопасным местом, то, скорее всего, хищничество семян не окажет существенного влияния на успешность популяции. В популяциях с безопасным местом увеличение обилия семян не приводит к увеличению пополнения сеянцев. Однако, если популяция ограничена семенами, хищничество семян имеет больше шансов негативно повлиять на популяцию растений, уменьшив пополнение сеянцев. Марон и Симмс [10] обнаружили как популяции с безопасным местом, так и популяции с ограниченными семенами в зависимости от среды обитания, в которой происходило хищничество семян. В дюнных местообитаниях хищники семян (оленьи мыши) ограничивали пополнение сеянцев в популяции, тем самым отрицательно влияя на популяцию. Однако в лугопастбищных местообитаниях хищник семян не оказал существенного влияния на популяцию растений, поскольку он был ограничен безопасным местом.

Во многих случаях хищники семян поддерживают популяции растений, рассеивая семена от родительского растения, фактически поддерживая поток генов между популяциями. Другие хищники семян собирают семена, а затем хранят или прячут их для последующего потребления. [11] В случае, если хищник семян не может найти зарытое или спрятанное семя, есть вероятность, что оно позже прорастет и вырастет, поддерживая распространение вида. Хищники семян общего (позвоночные) также могут помогать растению другими косвенными способами, например, вызывая контроль сверху вниз над хищниками семян, специфичными для хозяина (называемый «хищничеством внутри гильдии»), и таким образом сводя на нет эффекты типа Джанзена-Коннелла и, таким образом, принося пользу растению в конкуренции с другими видами растений. [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Hulme, PE и Benkman, CW (2002) «Granivory», стр. 132–154 в книге « Взаимодействие растений и животных: эволюционный подход» , под ред. CM Herrera и O. Pellmyr. Oxford: Blackwell. ISBN  978-0-632-05267-7 .
  2. ^ Janzen, DH (1971). «Хищничество семян животными». Annual Review of Ecology and Systematics . 2 : 465–492. doi :10.1146/annurev.es.02.110171.002341.
  3. ^ Tiansawat, Pimonrat; Davis, Adam S.; Berhow, Mark A.; Zalamea, Paul-Camilo; Dalling, James W. (13.06.2014). Chen, Jin (ред.). «Investment in Seed Physical Defense Is Associated with Species' Light Requirement for Regeneration and Seed Persistence: Evidence from Macaranga Species in Borneo». PLOS ONE . 9 (6): e99691. Bibcode : 2014PLoSO...999691T. doi : 10.1371/journal.pone.0099691 . ISSN  1932-6203. PMC 4057182. PMID 24927025  . 
  4. ^ ab Janzen, DH (1970). «Травоядные и количество видов деревьев в тропических лесах» (PDF) . The American Naturalist . 104 (940): 592–595. doi :10.1086/282687. S2CID  84490190.
  5. ^ ab Connell, JH (1971) «О роли естественных врагов в предотвращении конкурентного исключения у некоторых морских животных и деревьев тропических лесов», стр. 298–312 в Dynamics of Populations , под ред. PJ den Boer и GR Gradwell. Wageningen: Center for Agricultural Publishing and Documentation.
  6. ^ Гэри П. Набхан; Тьюксбери, Джошуа Дж. (июль 2001 г.). «Распространение семян: направленное сдерживание капсаицином перца чили». Nature . 412 (6845): 403–404. doi :10.1038/35086653. ISSN  1476-4687. PMID  11473305. S2CID  4389051.
  7. ↑ Корреспондент, Дэвид Дербишир, Science (25.07.2001). «Почему птицы считают перец чили таким классным». Daily Telegraph . ISSN  0307-1235 . Получено 14.03.2019 . {{cite news}}: |last=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ "Птичий кишечник повышает выживаемость семян дикого перца чили". Inside Science . 2013-07-15 . Получено 2019-03-14 .
  9. ^ Fedriani, JM; Manzoneda, A. (2005). «Пред- и пострассеивающее хищничество семян грызунами: баланс пищи и безопасности». Поведенческая экология . 16 (6): 1018. doi : 10.1093/beheco/ari082 . hdl : 10261/54608 .
  10. ^ Марон, Джон Л.; Симмс, Эллен Л. (1997). «Влияние хищничества семян на размер семенного банка и пополнение сеянцев кустового люпина ( Lupinus arboreus )». Oecologia . 111 (1): 76–83. Bibcode : 1997Oecol.111...76M. doi : 10.1007/s004420050210. PMID  28307508. S2CID  12464482.
  11. ^ Харпер, Дж. Л. (1977) Популяционная биология растений , Нью-Йорк: Academic Press.
  12. ^ Виссер, Марко Д.; Мюллер-Ландау, Хелен К.; Райт, С. Джозеф; Раттен, Джемма; Янсен, Патрик А. (2011). «Тритрофные взаимодействия влияют на зависимость судьбы семян от плотности в тропической лесной пальме». Ecology Letters . 14 (11): 1093–1100. Bibcode :2011EcolL..14.1093V. doi :10.1111/j.1461-0248.2011.01677.x. ISSN  1461-023X. PMID  21899693.

Дальнейшее чтение

  • Alexander, HM; Cummings, CL; Kahn, L.; Snow, AA (2001). «Изменчивость размера семян и хищничество семян, производимых дикими и культурными дикими подсолнечниками». American Journal of Botany . 88 (4): 623–627. doi :10.2307/2657061. JSTOR  2657061. PMID  11302847. S2CID  25202784.
  • Андерсен, AN (1989). «Насколько важно хищничество семян для пополнения стабильных популяций долгоживущих многолетников?». Oecologia . 81 (3): 310–315. Bibcode : 1989Oecol..81..310A. doi : 10.1007/bf00377076. PMID  28311181. S2CID  38556236.
  • Беренбаум, MR; Зангерл, AR. (1998). «Химическое соответствие фенотипа между растением и его травоядным насекомым». Труды Национальной академии наук . 95 (23): 13743–13784. Bibcode : 1998PNAS...9513743B. doi : 10.1073/pnas.95.23.13743 . PMC  24890. PMID  9811871.
  • Браун, Дж. Х.; Хеске, Э. Дж. (1990). «Контроль перехода от пустыни к лугу со стороны ключевой гильдии грызунов». Science . 250 (4988): 1705–1707. Bibcode :1990Sci...250.1705B. doi :10.1126/science.250.4988.1705. PMID  17734708. S2CID  33357407.
  • Браун, Дж. Х.; Райхман, О. Дж.; Дэвидсон, Д. В. (1979). «Зерноядные в экосистемах пустынь». Annual Review of Ecology and Systematics . 10 : 201–227. doi :10.1146/annurev.es.10.110179.001221.
  • Дэвидсон, Д. У. (1993). «Влияние травоядности и зерноядности на сукцессию наземных растений». Oikos . 68 (1): 23–35. Bibcode : 1993Oikos..68...23D. doi : 10.2307/3545305. JSTOR  3545305.
  • Дэвидсон, Д.У.; Браун, Дж.Х.; Иноуйе, Р.С. (1980). «Конкуренция и структура сообществ зерноядных». BioScience . 30 (4): 233–238. doi :10.2307/1307877. JSTOR  1307877. S2CID  53579517.
  • Диас, М.; Теллерия, Дж. Л. (1996). «Зерноядные птицы в стабильной и изолированной открытой среде обитания в амазонских тропических лесах». Журнал тропической экологии . 12 (3): 419–425. doi :10.1017/s0266467400009615. S2CID  85301240.
  • Фигероа, JA; Муньос, AA; Мелла, JE; Арройо, MTK (2002). «Хищничество семян до и после рассеивания в горном жестколистном лесу со средиземноморским климатом в центральном Чили». Australian Journal of Botany . 50 (2): 183–195. doi :10.1071/bt01003.
  • Лундгрен, Дж.; Розентратер, К. (2007). «Прочность семян и их разрушение зерноядными насекомыми». Arthropod-Plant Interactions . 1 (2): 93–99. Bibcode :2007APInt...1...93L. doi :10.1007/s11829-007-9008-1. S2CID  6410974.
  • Марес, МА; Розенцвейг, МЛ (1978). «Зерноядные в пустынях Северной и Южной Америки: грызуны, птицы и муравьи». Экология . 59 (2): 235–241. Bibcode : 1978Ecol...59..235M. doi : 10.2307/1936368. JSTOR  1936368.
  • Оливерас, Дж.; Гомес, К.; Бас, М.; Эспадалер, X. (2008). «Механическая защита семян от нападения зерноядных муравьев». Naturwissenschaften . 95 (6): 501–506. Bibcode : 2008NW.....95..501O. doi : 10.1007/s00114-008-0349-0. PMID  18288470. S2CID  676214.
  • Саллабанкс, Р.; Кортни, С.П. (1992). «Плодоядность, хищничество семян и взаимодействие насекомых и позвоночных». Annual Review of Entomology . 37 : 337–400. doi :10.1146/annurev.en.37.010192.002113. PMID  1539939.
  • Смит, CC (1970). «Коэволюция сосновых белок (Tamiasciurus) и хвойных». Экологические монографии . 40 (3): 349–371. Bibcode :1970EcoM...40..349S. doi :10.2307/1942287. JSTOR  1942287.
  • Вандер Уолл, С.Б.; Кун, К.М.; Бек, М.Дж. (2005). «Удаление семян, хищничество семян и вторичное рассеивание». Экология . 86 (3): 801–806. Bibcode : 2005Ecol...86..801V. doi : 10.1890/04-0847.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Seed_predation&oldid=1223878466"