Эволюционная экология это кратко

Обновлено: 25.04.2024

Основной проблемой эволюционной экологии является изучение роли естественного отбора в возникновении и эволюции экологических адаптаций живых организмов, то есть тех признаков и особенностей, которые позволяют им успешно выживать и оставлять потомство в своей среде обитания.

Насекомые и другие наземные членистоногие играют важнейшую роль в большинстве экосистем суши от тропиков до Арктики. По своей биомассе и продуктивности они значительно превосходят как всех остальных беспозвоночных (исключая дождевых червей), так и позвоночных животных. Множество членистоногих имеет также огромное практическое значение. Среди них мы находим серьезных вредителей сельского и лесного хозяйства, паразитов и переносчиков заболеваний животных и человека, эффективных опылителей, хищников и энтомофагов, широко используемых для биологической защиты растений. Во многих отношениях насекомые не имеют себе равных по способности быстро приспосабливаться к различным экологическим условиям. Поэтому изучение экологии наземных членистоногих вообще, и эволюционной экологии в особенности, является важнейшим направлением современной науки.

Быстро развивающейся частью эволюционной экологии является теория жизненных циклов (Life history theory) рассматривающая жизненный цикл организма как его важнейшую экологическую адаптацию. Она ищет ответы на вопросы, подобные следующим ниже. Почему одни организмы крупнее, а другие мельче? Почему одни из них отличаются быстрым ростом и развитием, живут недолго и оставляют потомство один раз в жизни, отмирая вскоре после размножения, другие же растут и развиваются медленно, живут долго, неоднократно размножаясь? Наконец, почему некоторые организмы производят многочисленное потомство, другие же – всего нескольких отпрысков? Чтобы ответить на все эти вопросы, нужно знать, во-первых, как действует естественный отбор на основные параметры жизненной стратегии вида. Этим занимается эволюционная экология. Во-вторых, необходимо иметь представление о том, какие факторы внешней среды и каким образом влияют на процессы роста и развития, регулируют жизненный цикл организма. Это составляет предмет физиологической экологии, или же, как предпочитают называть эту науку физиологи, экологической физиологии (экофизиологии). Она изучает адаптации организмов к воздействию экологических факторов, среди которых основными являются свет, температура, влажность среды обитания и, конечно же, пища.

Эволюционная и физиологическая экология наземных членистоногих – это одно из традиционных научных направлений нашей кафедры. Начало ему было положено вскоре после второй мировой войны работами проф. А. С. Данилевского и его учеников по фотопериодизму насекомых.

В эволюционная экология Это раздел экологии, который фокусируется на изучении различных видов, населяющих планету, с точки зрения их адаптации к окружающей среде, в которой они развиваются, и того, как это влияет на них.

Для изучения эволюции видов эволюционная экология рассматривает способ, которым окружающая среда определяет преобладание или исчезновение определенных организмов.

Для этого он фокусируется на описании процессов адаптации, которые стали возможными благодаря генетическим изменениям, произошедшим за эти годы, а также механизмов, которые способствовали тому, что организмы смогли выжить в постоянно меняющейся среде.

Один из основных вопросов, который поднимает эволюционная экология, заключается в том, как одни виды сумели развиться и успешно адаптироваться к своей непосредственной среде, в то время как другие этого не сделали и в конечном итоге вымерли.

История

Экология как наука возникла в 1866 году, когда натуралист Эрнст Геккель предложил термин для обозначения науки, ответственной за изучение организма по отношению к окружающей среде. Однако теории эволюции были включены в качестве объекта изучения экологии только через 94 года после зарождения экологии как науки.

Антецеденты эволюционной экологии берут свое начало в теории эволюции, предложенной Чарльзом Дарвином в 1859 году в его работе под названием Происхождение видов.

Чарльз Дарвин был ученым, который на основе метода простого наблюдения определил разнообразие видов в разных экосистемах, а также отличительные черты, вызывающие сходство или различие между ними.

В течение 20-го века, особенно в 60-е годы, такие ученые, как Винн Эдвардс, подхватили эволюционные идеи Дарвина и предприняли различные исследования, связанные с естественным отбором.

Возникновение эволюционной теории привело к рождению эволюционной экологии как отрасли экологии и как бы обогатило подход этой науки.

Объект исследования

Эволюционная экология фокусируется на изучении видов и их взаимоотношений с окружающей средой, в которой они развиваются, с упором на механизмы адаптации.

То есть он фокусируется на знании элементов, которые вмешиваются и делают возможным существование вида, даже когда его окружающая среда каким-то образом угрожает его постоянству во времени, в ответ на развитие и достижение его постоянства.

Эволюционная экология при изучении учитывает все организмы, являющиеся частью окружающей среды, которые представляют собой живую часть, известную как биотики, а также то, каким образом на них может влиять неживая или абиотическая среда.

Окружающая среда значительно влияет и становится решающей в выживании вида. Элементы абиотической природы связаны, в частности, с природой, климатом или почвами.

Таким образом, организмы должны иметь дело с различными факторами, чтобы поддерживать свое присутствие в качестве вида в среде, которая иногда характеризуется враждебностью и в которой выживают только самые сильные.

Среди элементов, с которыми должен столкнуться определенный вид, можно упомянуть естественных хищников, а также любой фактор, обладающий свойством негативно воздействовать на окружающую его среду.

Примеры исследований

Дело о березовых мотыльках

Березовая моль или Biston Betularia, Это вид, который привлек внимание различных ученых своей любопытной эволюцией, которая стала заметной благодаря расширению промышленности в Великобритании.

Промышленная революция принесла с собой загрязнение окружающей среды, которое, среди прочего, вызвало изменение цвета деревьев, что напрямую повлияло на сохранение видов бабочек.

До этого березовая моль характеризовалась светлой окраской, но когда деревья потемнели, она стала легкой добычей для хищников.

Благодаря этому факту ученые смогли с удивлением наблюдать, как некоторые начали проявлять камуфляж в темной окраске, что было адаптивной реакцией, направленной на сохранение вида.

Согласно процессу естественного отбора, описанному Дарвином, бабочки с черной окраской имеют больше шансов на выживание из-за идеального камуфляжа, который не позволяет им быть легкой добычей для хищников и делает их более подходящими.

Случай гавайского паука-палки

В Ариамнес лаау или гавайский паук-палочник был предметом различных научных исследований из-за необычной характеристики, которую они представили на эволюционном уровне. Их тематическое исследование позволило ученым увидеть, как этот вид эволюционировал с точки зрения его камуфляжа идентично на нескольких Гавайских островах.

Удивительно, но, не поддерживая контакта с другими островами, паук эволюционировал идентично, демонстрируя три оттенка камуфляжа в зависимости от среды обитания.

В этом смысле наблюдались темные тона, которые могут располагаться в коре деревьев или на камнях, и белые, которые обитают в лишайниках.

Третий оттенок, в котором можно получить Ариамнес лаауЭто дорадо, среда обитания которой находится под листьями некоторых растений. Эти камуфляжные цвета, являющиеся частью эволюции этого вида, могут располагаться на разных островах.

Научным исследованиям на уровне эволюционной экологии удалось описательно определить способ, которым этот вид эволюционировал на каждом из островов.

Однако они еще не смогли обнаружить гены, ответственные за эволюцию в отношении оттенков пауков, чтобы объяснить это явление; есть только некоторые гипотезы, которые еще не доказаны.

Смотреть что такое "Эволюционная экология" в других словарях:

Экология — (от др. греч. οἶκος обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος понятие, учение, наука) наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст… … Википедия

Экология — (от греч. óikos жилище, местопребывание и . Логия) биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, видов, биоценозов (сообществ), экосистем, биогеоценозов и биосферы.… … Большая советская энциклопедия

Эволюционная биология развития — (англ. evolutionary developmental biology, evo devo) область биологии, которая, сравнивая онтогенез различных организмов, устанавливает родственные связи между ними и вскрывает развитие онтогенетических процессов в ходе эволюции. Она… … Википедия

ЭКОЛОГИЯ ЭВОЛЮЦИОННАЯ — раздел экологии, изучающий эволюцию видов и надвидовых биосистем (экосистем, биосферы в целом) в связи с влиянием на них экологический факторов. Наиболее существенный вклад в развитие эволюционной экологии внесли С. С. Шварц (1969), Ю. Одум… … Экологический словарь

Эволюционная биология — Ископаемый археоптерикс, обнаруженны … Википедия

Эволюционная теория — Эволюционное учение (также эволюционизм и эволюционистика) система идей и концепций в биологии, утверждающих историческое прогрессивное развитие биосферы Земли, составляющих ее биогеоценозов, а также отдельных таксонов и видов, которое может быть … Википедия

Популяционная экология — раздел экологии (См. Экология), изучающий популяцию (См. Популяция) как элементарную форму существования Вида. Основной предмет П. э. исследование структуры популяции и её динамики, полового и возрастного состава популяции животных,… … Большая советская энциклопедия

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ — в рамках эволюционной эпистемологии понятие, с помощью которого интерпретируется исторически локальный механизм взаимодействия интерналистких (интеллектуальных, научных, рациональных) и экстерналистких (социальных, культурных, политических)… … Социология: Энциклопедия

Немецкое зоологическое общество — Год основания 1890 год Расположение Франкфурт на Майне, Германия Ключевые фигуры Wolf Michael Weber, Президент с 2 … Википедия

Ecological Entomology — Специализация: Энтомология, экология Периодичность: 6 раз в год Сокращённое название: Ecol. Entomol. Язык: Английский Главный редактор … Википедия

Изучение того, как взаимодействия между видами и между видами и их средой влияют на виды посредством отбора и адаптации.

Эта статья о биологической концепции. Относительно социологической концепции см. Эколого-эволюционная теория.

Эволюционная экология лежит на пересечении экология и эволюционная биология. Он подходит к изучению экологии таким образом, чтобы подробно рассматривать эволюционную историю видов и взаимодействия между ними. И наоборот, это можно рассматривать как подход к изучению эволюции, который включает понимание взаимодействий между рассматриваемыми видами. Основными направлениями эволюционной экологии являются: эволюция истории жизни, социобиология (в эволюция социальных поведение), эволюция межвидовых отношений (сотрудничество, взаимодействия хищник-жертва, паразитизм, мутуализм) и эволюция биоразнообразие и из сообщества.

Эволюционная экология в основном рассматривает две вещи: как взаимодействия (как между видами, так и между видами и их физической средой) формируют виды посредством отбора и адаптации и последствия возникающих в результате эволюционных изменений.

Содержание

Эволюционные модели

Большая часть эволюционной экологии связана с использованием моделей и поиском эмпирических данных в качестве доказательства. [1] Примеры включают модель размера сцепления Lack, разработанную Дэвид Лэк и его исследование Зяблики Дарвина на Галапагосских островах. Изучение Дарвиновских зябликов, проведенное Лакком, имело важное значение для анализа роли различных экологических факторов в видообразование. Лэк предположил, что различия между видами были адаптивными и производились естественный отбор, основываясь на утверждении Г.Ф. Дело в том, что два вида не могут занимать одну и ту же нишу. [2]

Ричард Левинс представил свою модель специализации видов в 1968 году, в которой исследовалось, как специализация среды обитания развивалась в гетерогенных средах с использованием наборов приспособленности, которыми обладает организм или вид. Эта модель развивает концепцию пространственных масштабов в конкретных средах, определяя мелкозернистые пространственные масштабы и крупнозернистые пространственные масштабы. [3] Последствия этой модели включают быстрое улучшение понимания экологами того, как пространственные масштабы влияют на разнообразие видов в определенной среде. [4]

Другая модель - это модели Лоу и Дикманна 1996 г. мутуализм, который определяется как отношения между двумя организмами, приносящие пользу обоим людям. [5] Ло и Дикманн разработали структуру, называемую адаптивной динамикой, которая предполагает, что изменения в популяциях растений или животных в ответ на нарушение или его отсутствие происходят быстрее, чем происходят мутации. Он призван упростить другие модели, касающиеся взаимоотношений внутри сообществ. [6]

Модель запутанной природы

Модель запутанной природы предоставляет различные методы для демонстрации и прогнозирования тенденций в эволюционной экологии. Модель анализирует человека, склонного к мутация внутри популяции, а также другие факторы, такие как скорость исчезновения. [7] Модель была разработана Саймоном Лэрдом, Дэниелом Лоусоном и Хенриком Джелдтофтом Дженсеном из Имперского колледжа Лондона в 2002 году. Цель модели - создать простую и логичную экологическую модель, основанную на наблюдениях. Модель разработана таким образом, что экологические эффекты могут быть учтены при определении формы и приспособленности популяции.

Экологическая генетика

Экологическая генетика связана с эволюционной экологией через изучение того, как черты эволюционируют в естественных популяциях. [8] Экологов волнует, как окружающая среда и временные рамки приводят к тому, что гены становятся доминирующими. Организмы должны постоянно адаптироваться, чтобы выжить в естественной среде обитания. Гены определяют, какие организмы выживают, а какие вымирают. Когда у организмов развиваются разные генетические вариации, даже если они происходят от одного и того же вида, это называется полиморфизмом. [9] Организмы, передающие полезные гены, продолжают развивать свой вид, чтобы иметь преимущество в своей нише.

Эволюционные экологи

Чарльз Дарвин

Джордж Эвелин Хатчинсон

Роберт Макартур

Роберт Макартур (1930–1972) наиболее известен в области эволюционной экологии своими работами. Теория островной биогеографии, в котором он и его соавтор предполагают, что «количество видов на любом острове отражает баланс между скоростью, с которой новые виды колонизируют его, и скоростью, с которой популяции установленных видов становятся вымерший.” [18]

Эрик Пьянка

Майкл Розенцвейг

Майкл Л. Розенцвейг (1941 – настоящее время) создал и популяризировал Экология примирения, который начинался с его теории о том, что определенных природных заповедников недостаточно для сохранения биоразнообразие Земли, поскольку люди использовали так много земли, что отрицательно повлияли на биогеохимические циклы и имел другие экологические последствия, которые отрицательно повлияли на состав видов. [21]

Другие известные эволюционные экологи

(1890–1962), чьи 1930 г. фундаментальная теорема естественного отбора признал силу строгого применения теории естественного отбора к популяционной биологии. [22] (1910–1973), последователь Чарльз Дарвин, работал над объединением полей эволюционная биология и экология, уделяя особое внимание птицам и эволюция. (1956 – настоящее время), французский эколог, чья работа была сосредоточена на том, как сексуальный конфликт в популяциях видов влияет на эволюцию. [23][24]

Исследование

Идея Майкла Розенцвейга о экология примирения был разработан на основе существующих исследований, которые проводились по принципу, впервые предложенному Александр фон Гумбольдт заявляя, что более крупные участки земли будут иметь большее видовое разнообразие по сравнению с более мелкими участками. Это исследование было сосредоточено на отношения между видами и ареалами (SPAR) и различных масштабах, в которых они существуют, от области выборки до межпровинциальных SPAR. Стабильная динамика разнообразия привела к появлению этих SPAR, которые в настоящее время используются для измерения сокращения видового разнообразия на Земле. В ответ на это сокращение разнообразия родилась экология примирения Розенцвейга. [25]

Эволюционная экология изучалась с помощью симбиотических отношений между организмами, чтобы определить эволюционные силы, с помощью которых развиваются такие отношения. В симбиотических отношениях симбионт должен дать своему хозяину какое-то преимущество, чтобы выжить и оставаться эволюционно жизнеспособным. Исследования были проведены с использованием тлей и симбиотических бактерий, с которыми они совместно эволюционируют. Эти бактерии чаще всего сохраняются из поколения в поколение, демонстрируя высокие уровни вертикальная передача. Результаты показали, что эти симбиотические бактерии в конечном итоге придают своим тлям-хозяевам некоторую устойчивость к паразитам, что одновременно увеличивает приспособленность тлей и приводит к совместной эволюции между видами, опосредованной симбионтами. [26]

Цветовые вариации у цихлид

Эффекты эволюционной экологии и ее последствия можно увидеть в случае цветовых вариаций среди Африканская рыба цихлида. Цихлиды, насчитывающие более 2000 видов, очень разнообразны и способны к сложным социальным взаимодействиям. [27] Полихроматизм, изменение цветовых узоров внутри популяции, происходит у цихлидных рыб из-за адаптации к окружающей среде и увеличения шансов на половое размножение. [28]

Следы возникновения жизни на Земле обнаружены в самых древних горных породах, которые сформировались около 3 миллиардов лет назад. Именно тогда жили на нашей планете организмы, чьи следы запечатлены в этих породах.

Эти организмы были одноклеточными или колониальными, не имели скелета и размножались простым делением клеток надвое, в клетках их не было сформированного ядра. Даже наружный скелет - твердый панцирь клеток - у них отсутствовал, поэтому в геологической летописи планеты сохранилось так мало следов той древнейшей жизни.

Эволюция живых организмов вначале привела к появлению живых существ с обособленным клеточным ядром и внутриклеточными органоидами - рибосомами, митохондриями и др. Для них уже было характерно бесполое и половое размножение. Доказано, что миллиард лет назад такие организмы на нашей планете населяли океан.

Примерно 600-700 миллионов лет назад появились первые позвоночные животные – рыбы, обитавшие в мировом океане и морях. Царство растений тогда было представлено многочисленными водорослями, как одноклеточными, так и многоклеточными, образующими, как и теперь, настоящие подводные леса на мелководьях.

Выход живых существ на сушу сдерживался тем, что в атмосфере Земли, вплоть до кембрийского периода, было очень мало кислорода. Из-за этого у планеты отсутствовал озоновый слой (верхний слой атмосферы, состоящий из трехатомных молекул кислорода и отдельных атомов кислорода), который поглощает жесткое космическое излучение.

Дело в том, что кванты жесткого электромагнитного излучения обладают очень высокой энергией и, ударяя в органические молекулы, легко их разрушают, поглощаясь при этом и не достигая поверхности планеты.

Слой воды толщиной 2-3 м может поглощать кванты жесткого излучения не хуже озонового слоя. Именно поэтому на первых этапах эволюции жизнь была только в морях и океанах и не спешила выходить на сушу. В процессе поглощения электромагнитного излучения и фотосинтеза водорослей в гидросфере и атмосфере постепенно накапливался свободный кислород.

Примерно 500 миллионов лет назад живые организмы появились и на суше. На суше эволюция живых существ проходила более быстрыми темпами. Из животных сушу сначала завоевали членистоногие. Из позвоночных животных первыми на сушу выбрались двоякодышащие рыбы, от которых произошли земноводные. Земноводные в свою очередь дали начало пресмыкающимся, от которых произошли птицы и в меловом периоде - около 70 миллионов лет назад - млекопитающие. Человек относится к классу млекопитающих (отряд приматов, семейство гоминид – человекообразные).

Первые люди, согласно последним научным данным, обитали в Африке около 3 миллионов лет назад. Они ходили прямо на двух ногах, имели ступню, не отличающуюся от ступни современного человека, и довольно развитые руки с отстоящим, как у современного человека, большим пальцем; могли издавать членораздельные звуки, пользовались огнем и изготавливали примитивные орудия, разбивая камни и кости.

По мере эволюции живых организмов увеличивалось биологическое разнообразие, интенсифицировался обмен веществ, совершенствовались механизмы размножения, усложнялось поведение животных и жизненные циклы растений. Одновременно удлинялись пищевые цепи, благодаря которым, однажды захваченные живыми существами из внешней среды атомы химических элементов и энергия, все дольше не возвращались во внешнюю среду.

Разумеется, по мере эволюции изменялась и среда обитания живых организмов, а также и скорость ее изменений. Содержание кислорода за последний миллиард лет в атмосфере выросло с 1% до 21%. При этом резко снизилось содержание в атмосфере Земли углекислого газа - до 0,3%. Ученые выяснили, что современный состав атмосферы Земли создан и поддерживается живыми организмами.

Баланс углекислого газа между атмосферой, океаном, почвой и живыми организмами поддерживается миллионами видов живых организмов. Если он нарушится, то содержание углекислоты в атмосфере резко возрастет, усилится так называемый парниковый эффект, и атмосфера Земли начнет разогреваться.

Экосистемы Земли - это фабрики, которые поддерживают этот баланс. (Схема заимствована у Н.Ф.Реймерса) Если на Земле не будет жизни, то состояние ее атмосферы довольно скоро, буквально за несколько сотен или тысяч лет, вернется к своему безкислородному состоянию. Ведь ни на Венере, ни на Марсе свободного кислорода в атмосферах практически нет. Зато очень много углекислого газа. Вероятно, такой когда-то была и атмосфера нашей планеты.

Таким образом, эволюция жизни на Земле - проблема не только биологическая, но и экологическая. Сегодня это понимают многие ученые, в том числе и палеонтологи, изучающие жизнь в отдаленные геологические эпохи.

Человечество лишь в последние десятилетия начало всерьез осознавать важность для себя экологических проблем. Именно поэтому именно в наше время возникла потребность в общей экологии. Ведь вопрос стоит однозначно - быть или не быть на Земле технократической цивилизации.

Почему же столь важно и необходимо изучение природы на уровне экосистем?

Потому-что, зная законы формирования и функционирования экосистем, можно предвидеть и предупредить их разрушение в результате воздействия на них негативных факторов, предусмотреть охранные мероприятия и в итоге сохранить среду обитания человека, как вида.

Многие процессы являются общими для всех уровней. Их характеристики, установленные для одного уровня (клеточного, организменного) могут быть высокоинформативными и для других уровней (популяционного, экосистемного) и точно также одни и те же области наук м.б. общими для всех уровней организации. Но при изучении их используются разные методы, разные подходы, разные единицы учета и измерения. Соответственно и в интерпретации полученной информации по каждому уровню есть свои особенности.

Список литературы

Одум Ю. Основы экологии / Пер. с англ. М.: Мир, 1975. 740 с.

Радкевич В.А. Экология. Минск: Высшая школа, 1998. 159 с.

Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2001. 510 с.

Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 2003. 512 с.

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества / Пер. с англ. М.: Мир, 1989. В 2-х томах.

История возникновения и развития общей экологии отражает процесс развития жизни и цивилизации на Земле. Чтобы лучше понять это, осуществим краткий экскурс в Эволюцию жизни