В 1867 году русский химик Дмитрий Менделеев писал учебник по химии, но дело шло не очень хорошо. В то время было известно, что существует только 56 элементов, но Менделееву было трудно понять, как организовать их таким образом, чтобы продемонстрировать их отношения друг к другу. Но затем, как гласит легенда, ему приснился сон, который показал ему не только, как упорядочить известные элементы по атомному весу и химической активности, но и позволил предсказать другие элементы, которые еще только предстояло открыть.
Менделеев добился за одну эту ночь сна того, за что ученые почти всех дисциплин убили бы: простой, предсказуемый способ организации и отображения сложной информации. Для экологов, например, это может быть моделью, способной отразить огромную сложность того, как организм функционирует в экологическом сообществе, в котором он живет. Святая корова, экологи были бы так накачаны, если бы у них это было. Я имею в виду, что после того, как они перестанут ссориться из-за этого, они будут в восторге.
Ученые были заинтригованы этой идеей с начала 1970-х годов, когда Роберту Макартуру, экологу-эволюционисту, пришла в голову идея упорядочивать организмы подобно периодической таблице химических элементов, в которой элементы организованы комбинацией определенных химических свойств, конфигурация их электронов и их атомный номер (число протонов).
Итак, в 2015 году группа экологов опубликовала статью в журнале Ecology Letters, чтобы попробовать то, что давно обсуждалось, но никогда не предпринималось: создание периодической таблицы для экологических ниш, аналогичной Периодическая таблица элементов в химии, которая, по сути, отражала бы сложные роли, которые разные виды играют в сообществе. Это может включать в себя то, как они размножаются, что они делают для еды и жилья, как они защищают себя, как они взаимодействуют со своими живыми и неживыми соседями и так далее..
«По сути, подход к составлению периодических таблиц ниш - это способ организации видов в соответствии с наборами функциональных признаков, которые, как известно, влияют на экологические показатели», - говорит соавтор доктор Кирк Вайнмиллер, профессор кафедры дикой природы. и наук о рыболовстве в Техасском университете A&M. «Это подход, который позволяет нам сделать абстрактную концепцию доступной для эмпирического изучения».
Вместо того, чтобы рассматривать все возможные требования, которые вид может предъявлять к своей жизненной ситуации - допустимые диапазоны питательных веществ, таких как азот и фосфор, температура, влажность, тип почвы (а у одного вида могут быть сотни требований) - авторы выбрали всего несколько основных свойств, чтобы уловить идею ниши: диета, среда обитания, история жизни, метаболизм и защитные механизмы.
Модель ящерицы
Исследовательская группа опубликовала исследование в ноябре 2017 года в The American Naturalist, чтобы начать реализацию этой идеи на ящерицах мира. Они собрали как можно больше данных о 134 видах ящериц из 24 из 38 семейств ящериц, живущих сегодня на четырех континентах Земли. Затем они взяли свои пять основных свойств ниши, перечислив от семи до 15 переменных для каждого, а затем начали перемалывать числа.
Создавая модели своих данных, они обнаружили то, что, возможно, ожидали найти: ящерицы похожи на многие другие организмы - они эволюционируют, чтобы взаимодействовать со своей средой обитания, добывать пищу и наблюдать за активным и неактивным временем каждый день., независимо от того, где они живут. Например, ящерицы, занявшие определенную нишу в Южной Америке, имеют сходные черты с ящерицами, занявшими аналогичные ниши в Австралии, Африке или Америке, хотя с точки зрения эволюции они не очень тесно связаны между собой.
Поскольку мы можем видеть сходство между ящерицами, которые занимают одинаковые ниши в совершенно разных местах, обобщение и упрощение идеи ниши таким образом может в конечном итоге помочь исследователям предсказать, как различные экосистемы будут развиваться в результате изменения климата.
Упрощение структуры
Исследователи использовали это исследование ящериц, чтобы подтвердить, что можно упростить идею ниши с сотен измерений до пяти. Итак, пока у нас нет экологической периодической таблицы, возможно, она не за горами.
«Один из величайших экологов всех времен, покойный Роберт Х. Макартур, более полувека назад сформулировал периодическую таблицу ниш как зародыш идеи», - говорит ведущий автор доктор Эрик Пианка, профессор интегративной биологии в Колледже естественных наук Техасского университета в Остине. «Чтобы завершить этот анализ, потребовался опыт пяти из нас - это была цель всей жизни."
Интересно
Ящерицы во всем мире занимают одинаковые ниши, даже если они не очень тесно связаны между собой. Имя этому явлению - конвергентная эволюция.