Tinkamai pasirenkant draugus, galite pabėgti iš konkurentų • Aleksandras Markovas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Ekologija, matematika

Tinkamai pasirenkant draugus, galite pabėgti iš konkurentų.

Ši schema parodo, kaip abipusiai naudingas rūšių bendradarbiavimas (tarpusavio sąveika) gali sustiprinti arba silpninti konkurenciją priklausomai nuo savitarpio ryšių struktūros. Žalieji ratai – rūšis (P – augalai, A – gyvūnai, pvz., apdulkinantys vabzdžiai). Kietos mėlynos strėlės – tarpusavio ryšiai, kietos raudonos rodyklės – konkurencija, punktyrinės rodyklės – netiesioginis tarpusavio sąveikos poveikis. Kairėje (a) – bendruomenės struktūra yra "įdėta": specializuotos rūšys, kuriose yra tik vienas partneris (augalas P1 ir gyvūnas A2) bendradarbiauja su visuotinėmis rūšimis, kurių kiekviena turi dvi partneres. Tokiu atveju tarpusavio sąveika veda į konkurencijos silpnėjimą (pavyzdžiui, A1 tipas yra ne tik A2 tipo konkurentas, bet ir jo draugas – P2 gamykla). Dešinėje (b) – struktūra nėra "įdėta", nes rūšių specialistai A2 ir P3 nesudaro bendradarbiavimo su bendruomeneis, bet tarpusavyje. Šiuo atveju tarpusavio sąveika skatina didesnę konkurenciją. Pavyzdžiui, A1 tipas ne tik konkuruoja tiesiogiai su A2 tipu, bet ir netiesiogiai jį kenkia, padėdamas augalus P1 ir P2 augalo P3 konkurentams. Pav. iš aptariamo straipsnio Sugihara & Ye

Naudojant matematinį modeliavimą ir realių simbiozinių augalų ir vabzdžių apdulkintojų kompleksų analizę, buvo galima parodytikad abipusiškai naudingas rūšių tarpusavio bendradarbiavimas (tarpusavio sąveika) gali padėti sumažinti konkurenciją ir padidinti rūšių įvairovę bendruomenėje, tačiau tik tuo atveju, jei tarpusavio ryšių tinklas yra labai "lankstus". Tai reiškia, kad specializuotos rūšys su mažai "draugais" turėtų bendradarbiauti su visuotinėmis rūšimis (turinčiomis daug "draugų") ir atvirkščiai. Kalbant apie plėšrūnų ir grobio santykius, su jais susiduriama priešinga kryptis: kuo didesnis lizdų laipsnis tokių jungčių tinkle, tuo labiau tarpusavyje konkuruojanti konkurencija ir tuo, kad mažiau rūšių gali suvienyti vienoje bendruomenėje.

Sparčiai besivystančios aplinkos krizės sąlygomis biologinės įvairovės veiksniai tampa vis svarbesni. Nepaisant didelių aplinkosaugininkų pasiekimų šioje srityje, daug lieka neaišku. Vienas iš mažiausiai išsivysčiusių yra ekologinių santykių struktūros įtaka rūšies turtingumui, ty rūšių, kurios gali gyventi kartu vienoje bendruomenėje, klausimas. Tai apsunkina faktas, kad rūšių tarpusavio ryšiai ekosistemoje gali būti labai sudėtingi ir įvairūs. Todėl turime pradėti nuo sąmoningai supaprastintų modelių.

Ispanijos aplinkosaugininkai bandė sukurti teorinį pagrindą tyrinėti mutuitizmo įtaką – abipusiškai naudingą rūšies bendradarbiavimą – ekosistemos ypatybėms. Modelio modelis buvo augalų ir gyvūnų tarpusavio santykių sistema – apdulkintojai ar sėklų platintojai. Tačiau gauto modelio taikymas gali būti daug platesnis.

Trys variantai savitarpio jungčių struktūros augalų ir vabzdžių apdulkintojų bendruomenėje. a – Kiekviena augalo rūšis palaiko mutuitinius santykius su visais vabzdžiais. b – "įdėta" santykių struktūra: specialistų tipai daugiausia yra draugai su rūšimis-bendruomeneis. c – "suskaidyta", o ne įdėta sąsajos struktūra. Tais atvejais a irb Mutualizmas veda prie konkurencijos tarp rūšių mažėjimo, nes visi konkurentai turi bendrus draugus. Tais atvejais, kaic konkurencija intensyvėja, nes konkurentai turi skirtingus draugus ir tie draugai taip pat konkuruoja tarpusavyje. Kuo intensyvesnė konkurencija, tuo mažiau vienetų gali sugyventi viena bendruomenė (tai atsispindi kvadratų dydžio). Pav. iš aptariamo straipsnio Bastolla ir kt.

Modelio bendruomenę sudaro dvi rūšių grupės – "augalai" ir "apsvaiginti vabzdžiai". Visi augalai konkuruoja tarpusavyje dėl išteklių (pavyzdžiui, vietoje saulėje). Vabzdžiai taip pat konkuruoja tarpusavyje. Tarp augalų ir vabzdžių gali atsirasti abipusiškai naudingi santykiai. Kiekvienos rūšies likimas modelyje priklauso nuo konkuruojančių priešų padarytos žalos santykio ir naudos, kurią teikia draugiški draugai. Išvesties metu apskaičiuojamas maksimalus augalų ir vabzdžių rūšių skaičius, kuris gali stabiliai egzistuoti kartu su tam tikru įvesties parametrų rinkiniu. Išsamus šio modelio aprašymas pateikiamas papildomose straipsnio medžiagose.

Modelis pagrįstas visiškai pagrįsta prielaida, kad tarpusavio santykiai tarp augalų ir vabzdžių gali sušvelninti neigiamą konkurencijos poveikį kiekvienoje iš dviejų grupių. Šis poveikis ypač aiškiai pasireiškia, kai kiekvieną augalą apdulkina visi vabzdžių tipai. Tuo pačiu metu, už kiekvieną augalų rūšį likę augalai yra ne tik konkuruojantys priešai, bet ir "netiesioginiai draugai", nes jie tiekia nektarą vabzdžiams, kurie apdulkina augalą.

Iš tiesų, žinoma, taip nėra: kiekviena augalija apdulkinama ne visais, o tik tam tikromis vabzdžių rūšimis, o kiekviena vabzdžių rūšis nėra apdulkinama visi, o tik tam tikros augalų rūšys. Modelio analizė parodė, kad bendras rūšių skaičius, kuris gali gyventi kartu bendruomenėje, priklauso ne tik nuo bendruomenių ryšių skaičiaus ir stiprumo, bet ir nuo jų struktūros, tai yra, kas yra "draugai" su kuriais. Pagrindinis vaidmuo tenka tokiai santykių struktūros charakteristikai kaip "lizdas" (įdėtas). Didelė dalis "lizdų" reiškia, kad specialistinės rūšys su nedaugeliu "draugų" palaiko abipusiai naudingus santykius, daugiausia su visuotinėmis rūšimis, turinčiomis daugybę "draugų" ir atvirkščiai. Jei "lizdų" lygis yra didelis, tarpusavio supratimas smarkiai sumažina konkurenciją, o tai lemia maksimalaus įmanomo rūšių skaičiaus didėjimą bendruomenėje. Dėl mažo "įdėklų", ty kai specialistai yra draugai su specialistais, tarpusavio supratimas nesukelia konkurencijos mažėjimo ar netgi sustiprina ją. Tokios struktūros bendruomenė gali tilpti kur kas mažiau rūšių.

Norint patikrinti šias išvadas, autoriai ištyrė literatūros duomenis apie 56 realius bendruomenių ryšius augalų ir gyvūnų bendruomenėse – apdulkintojams ir sėklų platintojams.Įrašius realius skaičius į modelio formules, jie parodė, kad modelyje atsiskleidė modelis iš tiesų pasitaiko gamtoje. Kuo aukštesnis "lizdų" laipsnis tarpusavio sąveikos tinkle, tuo daugiau tinklų yra įtrauktos ir kitos rūšys, o kiti lygūs dalykai.

Dauguma natūralių savitarpio sąveikų tinklų, kaip paaiškėjo, turi aukštą "lizdų" lygį. Atrodo, kad tikros bendruomenės yra specialiai organizuotos taip, kad kuo labiau padidintų teigiamą Mutualism poveikį rūšių įvairovei. Tai gali pasirodyti keista. Atrodo, kad rūšys, kurios sudaro bendruomenę, žino, kam jos turėtų būti draugais, kad daugiau rūšių atitiktų bendruomenę, o visa įvairovė pasiekia maksimalią vertę.

Autoriai pasiūlė šį fenomeną paprastą ir elegantišką paaiškinimą. Kai rūšis įvedama į jau egzistuojančią bendruomenę, jis, žinoma, nemano apie bendrą gerovę. Tačiau tikimybė, kad naujos rūšys galės įsitvirtinti bendruomenėje, tapti jos nuolatiniu nariu, priklauso nuo konkurencinio spaudimo stiprumo, kurį jis patirs. Kuo stipresnė konkurentai sugriauti "naujoką", tuo mažiau tikėtina, kad jis galės išgyventi naujoje aplinkoje.Ir konkurencinio spaudimo jėga, savo ruožtu, priklauso nuo "draugų" pasirinkimo. Tikriausiai naujokas prisijungs prie bendruomenės kaip specialistas. Pavyzdžiui, jei tai yra augalas, mažai tikėtina, kad visi bendruomenės vabzdžiai iškart skubės jį apdulkinti: tai būtų per daug "sėkmės" pradedantiesiems. Labiausiai tikėtina, kad bus tik keletas apdulkintojų rūšių, kurioms jie domina. Ir čia bus lemiamas dalykas, kokios bus nuomonės – bendruomenės ar specialistai.

Pirmuoju atveju "pradedančiojo" gamykla tuoj pat taps "netiesiogine drauge" su daugeliu kitų augalų, o konkurencinis spaudimas bus susilpnintas. Antruoju atveju viskas bus kitaip, o "naujokas", greičiausiai, nebus įsitvirtinęs šioje bendruomenėje. Todėl bendruomenės rūšinė sudėtis bus papildyta daugiausia dėl specialistų rūšių, kurios sugebėjo susipažinti su bendruomenėje jau gyvenančiais visuotinėmis rūšimis, sąskaita. Toks Bendrijos papildymo mechanizmas turėtų išlaikyti aukštą sąsajos struktūros lankstumo lygį.

Pasirodo, savitumas gamtoje, kaip taisyklė, prisideda prie rūšių įvairovės augimo, nors iš esmės jis iš viso to neįpareigoja ir teoriškai gali turėti priešingą poveikį.

Analizė parodė dar vieną įdomų rezultatą. Paaiškėjo, kad jei kai kurios tarpusavio sąveikos sistemoje staiga sustiprės, tai gali suteikti atitinkamoms rūšims didelį pranašumą konkuruoti su visomis kitomis rūšimis, kurių abipusiškai naudingų ryšių yra silpnos. Dėl to rūšys, susijusios su stipriomis sąveikomis, greitai išstums visus savo konkurentus. Tai reiškia, kad kai kurių organizmų dramatiškai padidėjęs tarpusavio supratimas gali teoriškai sukelti kitų žmonių perkėlimą ir net jų išnykimą.

Ar tai tikrai yra atvejis? Kol kas nėra tikslaus atsakymo. Neatmetama galimybė, kad tokie procesai suvaidino svarbų vaidmenį mesozojaus pabaigoje – kenozoizmo pradžioje. Pasibaigus kreidos laikotarpiui pasirodžiusiogrupiai, aiškiai atsirado stiprūs mutuitiniai ryšiai su vabzdžiais – apdulkintojų ir žinduolių – sėklų platintojais, o pagal kai kuriuos netiesioginius duomenis dinozaurai negalėjo pradėti abipusiškai naudingų santykių su naujais augmenijos dominantais ( žr .: Butleris ir kt., 2009). Ar tai tapo viena iš jų nuosmukio priežasčių?

Jei atliksite nedidelius autorių sukurto modelio papildymus, tai gali būti naudojama apibūdinti sudėtingesnes sistemas. Pavyzdžiui, be augalų ir gyvūnų apdulkintojų gali būti pridedami žolėdžių ir plėšrūnų, kurie maitina apdulkintojus. Pagrindinės išvados apie bendruomenės rūšių įvairovės struktūros įtaką nepasikeičia. Kalbant apie plėšrūnų ir grobio jungtys, jų struktūra įtakoja konkurenciją ir įvairovę priešingai. Kuo didesnis šių jungčių "lizdų" laipsnis, tuo intensyvesnė konkurencija ir mažesnė bendruomenės rūšių įvairovė.

Naujos aukų rūšys, įeinančios į bendruomenę, nėra suinteresuotos, kad jų plėšikų medžiojantis plėšikas apskleistų, nes tai padidins jų konkurenciją su kitomis aukomis. Dalyvaujant bendram priešui dviejų rūšių grobiuose, vienos rūšies žuvų skaičiaus padidėjimas pakenks kitiems ne tik tiesiogiai (per konkurenciją dėl išteklių), bet ir netiesiogiai didinant plėšrūnų skaičių. Tai pasakytina apie patiems plėšrūnams: prisijungiant prie bendruomenės, jiems naudinga apriboti savo mitybą aukomis – "specialistais", ty tiems, kurie nepatenkina maisto daugeliui kitų šios bendruomenės plėšrūnų.Šiuo atveju kitiems plėšrūnams pradedantiesiems bus ne tiek konkurentai, kiek "netiesioginiai draugai", nes jie išnaikins aukų, tiekiančių naujokams, konkurentus.

Taigi, didelė įvairių rūšių įvairovė bendruomenėje tampa įmanoma tuo atveju, kai tarpusavio ryšių "lizdų" laipsnis yra didelis, o "plėšrūnų ir grobio" ryšys yra mažas. Siekiant susilpninti konkurenciją, visi konkurentai turi turėti kuo daugiau bendrų draugų ir kuo mažiau bendrų priešų (arba aukų). Didžiausia rūšių įvairovė gali būti pasiekta, jei tarpusavio ryšiai yra labai apibendrinami (visi yra draugiška su visais, ką galite), o priešiškos plėšrūnų ir aukų ryšys yra labai specializuotos (kiekvienas plėšrūno tipas medžioja tik vienos rūšies grobį) .

Šis modelis, atrodo, tam tikru mastu yra taikomas ne tik biologinėms, bet ir socialinėms sistemoms. Pavyzdžiui, yra pagrindo manyti, kad aukštas partnerystės (tarpusavio) ryšių tarp bendrovių (pvz., Tarp gamintojų ir klientų) "įdėtis" trukdo formuoti monopolijas ir prisideda prie šio ūkio sektoriaus daugelio bendrovių sambūvio.

Šaltiniai:
1) Ugo Bastolla, Miguel A.Fortuna, Alberto Pascual-García, Antonio Ferrera, Bartolo Luque, Jordi Bascompte. Savitarpio tinklų architektūra sumažina konkurenciją ir padidina biologinę įvairovę. Gamta. 2009. V. 458. p. 1018-1020.
2) George Sugihara, Hao Ye. Sudėtinės sistemos. Bendradarbiavimo tinklų dinamika // Gamta. 2009. V. 458. p. 979-980.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: