Nisza ekologiczna

Nisza ekologiczna – miejsce i funkcja organizmów w strukturze ekosystemu.

Z punktu widzenia szerokości zakresu tolerancji ekologicznej wyróżnia się eurybionty (A) i stenobionty: B – oligostenobionty, C – mezostenobionty, D – polistenobionty
Układ współrzędnych:
X – jeden z czynników ekologicznych:
Y – miara aktywności organizmów (np. Y1 – przeżywają; Y2 – rosną, Y3 – rozmnażają się)

Ewolucja (E) może prowadzić do zminimalizowania konkurencji (nałożenia nisz) lub zmaksymalizowania stopnia wykorzystania zasobów siedliska przez gatunki A i B^[4].

Przypadki wspólnego wykorzystywania jednej niszy ekologicznej w warunkach naturalnych są trudniejsze do jednoznacznego stwierdzenia. Wspólna eksploatacja zasobów siedliska bywa pozorna; ze względu na niejednolitość naturalnych siedlisk możliwe są różne sposoby podziału ich zasobów między gatunki, np. wyodrębnienie miejsc na drzewach, chętniej eksploatowanych przez różne gatunki ptaków lub korzystanie z określonych części roślin przez roślinożerców.

Przykład podziału siedliska w wyniku konkurencji dwóch z pięciu żerujących w lesie szpilkowym gatunków lasówek z rodzaju Setophaga (Dendroica, Setophaga) – Dendroica tigrinai i Dendroica castanea; cyfry – numery stref wysokości (po 3 m)^[5].

Przykład rozdzielenia nisz na wspólnym terenie dzięki zróżnicowaniu preferencji pokarmowych.
Orientacyjne udziały trzech różnych części traw w diecie gnu i zebry na równinie Serengeti w porze deszczowej^[6]

Koncepcja G. Evelyna Hutchinsona

Obie koncepcje „niszy” – Grinnella i Eltona – połączył w 1957 roku G. Evelyn Hutchinson, który zaproponował definicję uwzględniającą znaczenie wszystkich czynników ekologicznych – abiotycznych i biotycznych, w tym przede wszystkim konkurencji^[7]^[8]^[9]. G.E. Hutchinson stwierdził, że niszę ekologiczną można rozpatrywać jako n-wymiarową przestrzeń (np. liniową), której „wymiarami” są abiotyczne i biotyczne czynniki ekologiczne^[7]^[9].

Wewnątrz wielowymiarowej przestrzeni, wyznaczonej przez wartości wszystkich czynników ekologicznych, Hutchinson wyróżnił podprzestrzeń, której wymiarami są podstawowe czynniki abiotyczne – fizyczne i chemiczne (analogia do „niszy grinnellowskiej”). Ta część całej przestrzeni jest nazywana niszą podstawową, fundamentalną lub potencjalną (ang. fundamental niche FN). Najbardziej sprzyjają gatunkowi warunki panujące w centrum przestrzeni FN^[1]^[10]. Nisza realizowana (ang. realized niche, RN) – część FN, która jest zajmowana przez organizmy w rzeczywistości – mieści się wewnątrz niszy podstawowej. Zmniejszenie wymiarów dostępnej niszy jest spowodowane oddziaływaniem innych gatunków. Początkowo rozpatrywano przede wszystkim intensywność konkurencji z innymi organizmami o wspólnie użytkowane zasoby, a następnie również inne rodzaje zależności międzygatunkowych, np. drapieżnictwo^[7]. Intensywność tych oddziaływań (antagonistycznych lub nieantagonistycznych) znajduje wyraz m.in. w wartościach odpowiednich współczynników interakcji, wyznaczanych w warunkach rzeczywistych, które są wprowadzane do równań opisujących dynamikę liczebności współistniejących populacji (zob. np. wykładniczy i logistyczny wzrost oraz oscylacje i fluktuacje liczebności populacji). Takie współczynniki występują np. w równaniu Roberta MacArthura i Richarda Levinsa (1967), opisującym szybkość wzrostu liczebności populacji gatunku $i$ $(N_{i})$ w warunkach konkurencji (przekształcone równanie Lotki-Volterry)^[11]:

{\frac {dN_{i}}{dt}}=r_{i}N_{i}{\frac {K_{i}-\sum \limits _{i=1}^{s}\alpha _{i,j}N_{j}}{K_{i}}},

gdzie:

s

– liczba konkurujących gatunków,

\alpha _{i,j}

– współczynnik interakcji między gatunkami

i

i

j

gatunków,

K

– pojemność środowiska.

Współczesne badania nisz ekologicznych i modelowanie ekosystemów

Sformalizowanie w połowie XX w. pojęcia n-wymiarowej niszy ekologicznej (niszy Hutchinsona) było początkiem poszukiwań matematycznych modeli ekosystemów, pozwalających rozwiązywać nie tylko problemy przepływu energii w sieciach troficznych (energetyka biocenoz), ale również zagadnienia różnorodności gatunkowej, liczebności poszczególnych populacji w ekosystemach i ich geograficznego rozmieszczenia. Poszukiwaniom sprzyjał szybki rozwój technik obliczeniowych, a towarzyszył im wzrost zainteresowania tematem (spowodowany m.in. lękiem przed zachwianiem równowagi w biosferze). Mimo dużego zaangażowania wielu ośrodków badawczych prace nie zostały zakończone – wciąż trwają poszukiwania użytecznych w praktyce metod prognozowania zmian struktury ekosystemów, które zachodzą lub mogą zajść m.in. pod wpływem zmian klimatu^[12]^[13] lub oddziaływania gatunków zawleczonych i inwazyjnych^[14]. Podobne metody obliczeń są stosowane m.in. w czasie modelowania rozprzestrzeniania się epidemii^[15]. Zakres prowadzonych poszukiwań ilustruje wykaz publikacji cytowanych w artykule Roberta D. Holta pt. Bringing the Hutchinsonian niche into the 21st century: Ecological and evolutionary perspectives (2009)^[16], w tym następujące artykuły z lat 2000–2009 z wyrazem „niche” w tytule:

H.R. Pulliam, On the relationship between niche and distribution. Ecol Lett 3:349–361 (2000),
W.J. Bond, J.J. Midgley, Ecology of sprouting in woody plants: The persistence niche. Trends Ecol Evol 16:45–51 (2001).
A.T. Peterson, Predicting species’ geographic distributions based on ecological niche modeling. Condor 103:599–605 (2001),
J.M. Chase, M.A. Leibold, Ecological Niches: Linking Classical and Contemporary Approaches (Univ Chicago Press, Chicago 2003),
F.J. Odling-Smee, Niche Construction: The Neglected Process in Evolution (Princeton Univ Press, Princeton) (2003),
A.T. Peterson, R.D. Holt, Niche differentiation in Mexican birds: Using point occurrence data to detect ecological innovation. Ecol Lett 6:774–782,
R.D. Holt i wsp., Allee effects, immigration, and the evolution of species’ niches. Am Nat 163:253–262 (2004) (2003),
J.J. Wiens, C.H. Graham, Niche conservatism: Integrating evolution, ecology, and conservation biology. Annu Rev Ecol Evol 36:519–539 (2005),
A. Guisan i wsp., Using niche-based models to improve the sampling of rare species. Conserv Biol 20:501–511 (2006),
P. Seguardo i wsp., Consequences of spatial autocorrelation for niche-based models. J Appl Ecol 43:433–444 (2006),
H.J. Knouft Phylogenetic analysis of the evolution of the niche in lizards of the Anolis sagrei group. Ecology 87:S29–S38 (2006),
H.T. Murphy, J. Lovett-Doust, Accounting for regional niche variation in habitat suitability models. Oikos 116:99–110 (2007),
M. Pfenninger i wsp., Intraspecific range dynamics and niche evolution in Candidula land snail species. Biol J Linn Soc 90:303–317 (2007),
O. Broennimann i wsp., Evidence of climatic niche shift during biological invasion. Ecol Lett 10:701–709 (2007),
P.B. Pearman i wsp., Niche dynamics in space and time. Trends Ecol Evol 23:149–158 (2007),
J. Soberon, Grinnellian and Eltonian niches and geographic distributions of species. Ecol Lett 10:1115–1123 (2007)^[17],
H.L. Hooper i wsp., The ecological niche of Daphnia magna characterized using population growth rate. Ecology 89:1015–1022 (2008),
G. Parolo G i wsp., Toward improved species niche modeling: Arnica montana in the Alps as a case study. J Appl Ecol 45:1410–1418 (2008),
S.K. Ebeling, Predicting the spread of an invasive plant: Combining experiments and ecological niche models. Ecography 31:709–710 (2008),
A. Hirzel, G. Le Lay, Habitat suitability modeling and niche theory. J Appl Ecol 45:1372–1381 (2008),
J.B. Losos, Phylogenetic niche conservatism, phylogenetic signal and the relationship between phylogenetic relatedness and ecological similarity among species. Ecol Lett 11:995–1003 (2008),
D.L. Warren i wsp., Environmental niche equivalency versus conservatism: Quantitative approaches to niche evolution. Evolution (Lawrence, Kans.) 62:2868–2883 (2008),
K.A. Moore, Fluctuating patch boundaries in a native annual forb: The roles of niche and dispersal limitation. Ecology 90:378–387 (2009),
J.J. Wiens, Commentary on Losos: Niche conservatism déjà vu. Ecol Lett 11:1004–1005 (2008),
M.O. Hoogenboom, S.R. Connolly, Defining fundamental niche dimensions of corals: Synergistic effects of colony size, light, and flow. Ecology 90:767–780 (2008)
J.S. Thorn, Ecological niche modeling as a technique for assessing threats and setting conservation priorities for Asian slow lorises (Primates: Nycticebus) Divers Distrib 15:289–298 (2009).

Zobacz też

Uwagi

Przypisy

↑ ^a ^b op.cit. Życie i ewolucja biosfery. s. 431.
↑ G.F. Gause: Competition for Common Food u Protozoa. [w:] The Struggle for Existence [on-line]. 1934. [dostęp 2013-06-25]. (ang.).
↑ op.cit. Życie i ewolucja biosfery. s. 345.
↑ op.cit. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. s. 230.
↑ op.cit. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. s. 227.
↑ op.cit. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. s. 200.
↑ ^a ^b ^c 12. Organizm wśród organizmów; 13. Różnorodność gatunkowa w skali lokalnej. W: op.cit. Życie i ewolucja biosfery. s. 329–395, 396–458.
↑ 13. Oddziaływania między gatunkami: Konkurencja. W: op.cit. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. s. 211–238.
↑ ^a ^b Ecological Niche – The Empirical Model. [w:] www.racerocks.com [on-line]. Lester B. Pearson College. [dostęp 2013-06-25]. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-10-03)]. (ang.).
↑ What does ecological modelling model? A proposed classification of ecological niche models based on their underlying methods. [w:] Ecological Modelling, Volume 222, Issue 8, 24 April 2011, Pages 1343–1346 [on-line]. Elsevier B.V., 2011. s. 1343–1346. [dostęp 2013-06-25]. (ang.).
↑ op.cit. Życie i ewolucja biosfery. s. 432.
↑ Morgan W. Tingleya, William B. Monahanc, Steven R. Beissingera, Craig Moritz: Birds track their Grinnellian niche through a century of climate change. [w:] Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences [on-line]. August 11, 2009. [dostęp 2013-06-26]. (ang.).
↑ Olivier Broennimann i wsp: Measuring ecological niche overlap from occurrence and spatial environmental data. [w:] Global Ecology and Biogeography (Global Ecol. Biogeogr.) (2012) 21 [on-line]. s. 481–497. [dostęp 2013-06-25]. [zarchiwizowane z tego adresu (2017-08-10)]. (ang.).
↑ Potential distribution of an invasive species under climate change scenarios using CLIMEX and soil drainage: A case study of Lantana camara L. in Queensland, Australia. [w:] Journal of Environmental Management, Volume 114 [on-line]. 15 January 2013. s. 414–422. [dostęp 2013-06-26].
↑ Robin H. Miller, Penny Masuoka, Terry A. Klein, Heung-Chul Kim, Todd Somer, John Grieco: Ecological Niche Modeling to Estimate the Distribution of Japanese Encephalitis Virus in Asia. [w:] PLOS Publications [on-line]. [dostęp 2013-06-25]. (ang.).
↑ Robert D. Holt: Bringing the Hutchinsonian niche into the 21st century: Ecological and evolutionary perspectives. [w:] Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) [on-line]. www.pnas.org. [dostęp 2013-06-25]. (ang.).
↑ Jorge Soberón (Biodiversity Research Center and Museum of Natural History, University of Kansas): Grinnellian and Eltonian niches and geographic distributions of species. [w:] Ecology Letters (2007) 10 : 1115–1123 doi: 10.1111/j.1461-0248.2007.01107.x [on-line]. www.uam.es. [dostęp 2013-06-25]. (ang.).

Błąd w przypisach: Znacznik <ref> o nazwie „Grinnell”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.

BŁĄD PRZYPISÓW

Bibliografia

January Weiner: Życie i ewolucja biosfery. Podręcznik ekologii ogólnej. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003, s. 73, 429–432, 472, 486, 540. ISBN 83-01-14047-X.
Charles J. Krebs (tłum. Anna Kozakiewicz, Michał Kozakiewicz, Jakub Szacki): Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997. ISBN 83-01-112041-X.
Michael Begon: Ekologia populacji. Studium porównawcze zwierząt i roślin. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999. ISBN 83-01-12930-1.