Funkční ekvivalence (ekologie) - Functional equivalence (ecology)

v ekologie, funkční ekvivalence (nebo funkční redundance) je ekologický fenomén, že více druhů představujících různé taxonomické skupiny může sdílet podobné, ne-li identické role ve funkčnosti ekosystému (např., ustalovače dusíku, škrabky na řasy, lapače).[1] Tento jev lze aplikovat na rostlinné i živočišné taxony. Tato myšlenka byla původně představena v roce 2005 Stephen Hubbell, ekolog ekolog na University of Georgia. Tato myšlenka vedla k novému paradigmatu na úrovni druhů klasifikace - organizování druhů do skupin založených spíše na funkční podobnosti než na morfologické nebo evoluční historii.[2] V přírodním světě se analogicky objevilo několik příkladů funkční ekvivalence mezi různými taxony.

Vztahy mezi opylovači rostlin

Jeden příklad funkční ekvivalence je demonstrován ve vztazích mezi opylovači rostlin, přičemž určitý druh rostlin může vyvinout morfologii květů, která se vybírá pro opylování hostitelem taxonomicky nepříbuzných druhů, aby poskytovala stejnou funkci (produkce ovoce po opylování).[3] Například bylina ostnatá madwort (Hermathophylla spinosa ) rostou květiny, které jsou tvarovány tak, aby se taxonomicky nesouvisející opylovači chovali během opylování téměř identicky. Z pohledu rostliny je každý z těchto opylovačů funkčně ekvivalentní, a proto na ně není kladen zvláštní selektivní tlak [3] Rozdíly ve tvaru a struktuře morfologie květů i semen mohou být zdrojem selektivního tlaku na živočišné druhy, aby vyvinuly různé morfologické rysy a přitom rostlině poskytly stejnou funkci.[4]

Mechanismy šíření semen rostlin a zvířat

Interakce rostlin a zvířat, pokud jde o šíření semen, jsou dalším příkladem funkční ekvivalence. Důkazy ukazují, že v průběhu milionů let si většina rostlin udržela stabilitu evolučních znaků, pokud jde o velikost a tvar jejich plodů.[3] Živočišné druhy, které konzumují a šíří semena v plodech, se však vyvinuly fyzicky rychleji než rostliny, z nichž se živí. Jinými slovy, živočišné druhy se mění a vyvíjejí více, než rostliny mění svou morfologii semen a plodů. Funkční ekvivalence živočišných druhů, které konzumují a rozptylují semena, může odpovídat za schopnost těchto rostlin pokračovat v přežití bez genetických změn morfologie jejich plodů / semen.[3] Stejně jako u Hormathophylla příklad výše, rostlinné druhy nejsou vystaveny selektivním tlakům stejným způsobem jako zvířata.

Produkce metabolitů

Dalším příkladem je analogický vývoj produkce rostlinných metabolitů jako reakce na bylinožravý. V tomto případě se u různých druhů rostlin vyvinuly různé mechanismy chemického odpuzování pro býložravce, přesto každá reakce poskytuje stejnou funkci - odolnost vůči býložravcům.[3] V některých případech mohou rostliny žijící ve zcela odlišném prostředí (zeměpisné oddělení), které nejsou taxonomicky příbuzné, vyvíjet různé metabolity, které rostlině poskytují stejnou funkci - ochrana proti býložravci. Toto je další příklad funkční ekvivalence mezi taxonomicky nepříbuznými druhy.[3]

Symbiotické vztahy

V mikrobiálních symbiontech a jejich přidružených hostitelích může existovat řada instancí funkční ekvivalence. Některé příklady z nich zahrnují velkou rozmanitost mikrobů v termitech zažívacího traktu a lidský střevní mikrobiom.[5] V těchto prostředích poskytuje funkce trávení potravy a štěpení celulózy obrovské množství taxonomicky odlišných organismů. Tyto mikrobiální organismy se s největší pravděpodobností vyvinuly za podobných podmínek, ale v různých časových okamžicích, a nyní byly objeveny vzájemné interakce a poskytování stejné funkce hostitelskému organismu.[5]

Funkční rovnocennost a biologická rozmanitost

V poslední době biologové používají myšlenku funkční ekvivalence, někdy označovanou jako funkční redundance, k předpovědi o tom, jak nejlépe spravovat ekosystémy a jejich mikrokosmy. Je běžnou mylnou představou, že vysoké stupně taxonomické rozmanitosti v ekosystému nakonec povedou ke zdravějšímu a vysoce funkčnímu systému.[2] Například ekologický mikrokosmos skládající se z 30 druhů luštěniny (které do půdy přidávají fixovaný dusík) plní pouze jednu ekosystémovou funkci (fixaci dusíku), přestože je taxonomicky bohatý. Na druhé straně může být udržitelnější ekosystém obsahující nízkou taxonomickou rozmanitost, ale vysokou funkční rozmanitost.[6] Nedávné studie tvrdí, že ekosystém si může udržet optimální zdraví tím, že bude mít každou funkční skupinu ekosystémů zastoupenou mnoha taxonomicky nesouvisejícími druhy (funkční ekvivalence).[6][2] Jinými slovy, ekosystém může být potenciálně na nejvyšší úrovni integrity, pokud je funkčně i taxonomicky bohatý.

Skepticismus

Někteří biologové zpochybňují důležitost teorie funkční ekvivalence. Například Loreau poukazuje na to, že při skutečném testování funkční ekvivalence je obtížné vyvodit stručné závěry o tom, zda je teorie zdravá, či nikoli, kvůli složitosti a zjednodušování samotné teorie. Například mnoho studií testujících účinky úbytku druhů a funkční redundance málokdy řeší nejednoznačnost toho, zda funkčnost funguje na úrovni jednotlivce nebo populace, a možnost překrývání různých dimenzí výklenku.[7]

Nakonec je hypotéza funkční ekvivalence ta, která je dobře známá mezi systémovými ekology a evolučními biology a je aktivní oblastí moderního výzkumu pro stanovení kvantitativních příkladů. Je však zapotřebí dalšího výzkumu, aby bylo možné kvantifikovat účinky ztráty druhů na funkci ekosystému, aby bylo možné poskytnout více důkazů na podporu hypotézy funkční ekvivalence.

Viz také

Reference

  1. ^ Hubbell, Stephen P. (01.01.2005). „Neutrální teorie v ekologii společenství a hypotéza funkční ekvivalence“. Funkční ekologie. 19 (1): 166–172. doi:10.1111 / j.0269-8463.2005.00965.x. JSTOR  3599285.
  2. ^ A b C Naeem, Shahid (2006). Základy restaurátorské ekologie. Washington DC: Island Press. 210–237. ISBN  978-1597260176.
  3. ^ A b C d E F Zamora, Regino (02.02.2000). „Funkční ekvivalence v interakcích rostlin a zvířat: ekologické a evoluční důsledky“. Oikosi. 88 (2): 442–447. doi:10.1034 / j.1600-0706.2000.880222.x. ISSN  1600-0706.
  4. ^ Darwin, Charles (1859). O původu druhů. John Murray.
  5. ^ A b Fan, Lu; Reynolds, David; Liu, Michael; Stark, Manuel; Kjelleberg, Staffan; Webster, Nicole S .; Thomas, Torsten (03.07.2012). „Funkční ekvivalence a evoluční konvergence ve složitých společenstvích mikrobiálních houbových symbiontů“. Sborník Národní akademie věd. 109 (27): E1878 – E1887. doi:10.1073 / pnas.1203287109. ISSN  0027-8424. PMC  3390844. PMID  22699508.
  6. ^ A b Rosenfeld, Jordan (2002). "Funkční redundance v ekologii a ochraně přírody". OIKOS. 98: 156–162. doi:10.1034 / j.1600-0706.2002.980116.x.
  7. ^ Loreau, Michel (01.03.2004). "Existuje funkční redundance?". Oikosi. 104 (3): 606–611. doi:10.1111 / j.0030-1299.2004.12685.x. ISSN  1600-0706.