Конкурентные отношения в биологии что это
Конкуренция (биология)
Конкуре́нция — в биологии, любые антагонистические отношения, связанные с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами или видами, нуждающимися в одних и тех же ресурсах.
Содержание
Внутривидовая конкуренция
Это конкуренция между представителями одной или нескольких популяций вида. Идёт за ресурсы, внутригрупповое доминирование, самок/самцов и т.д.
Межвидовая конкуренция
Это конкуренция между популяциями разных видов несмежных трофических уровней в биоценозе. Она связана с тем, что представители разных видов сообща используют одни и те же ресурсы, которые обычно ограничены. Ресурсы могут быть как пищевые (например, одни и те же виды жертв у хищников или растений — у фитофагов), так и другого рода, например наличие мест для выведения потомства, убежищ для защиты от врагов и т. п. Виды могут конкурировать и за доминирование в экосистеме. Существует две формы конкурентных взаимотошений: прямая конкуренция (интерференция) и косвенная (эксплуатация). При прямой конкуренции между популяцими видов в биоценозе эволюционно складываются антагонистические отношения (антибиоз), выражающиеся разными видами взаимного угнетения (драки, перекрытие доступа к ресурсу, аллелопатия и т.д.). При косвенной конкуренции один из видов монополизирует ресурс или местообитание, ухудшая при этом условия существования конкурентного вида сходной экологической ниши.
Конкурировать могут в природе как эволюционно (таксономически) близкие виды, так и представители очень далеких групп. Например, суслики в сухой степи выедают до 40% растительного прироста. Это значит, что пастбища могут прокормить меньшее число сайгаков или овец. А в годы массового размножения саранчи пищи не хватает ни сусликам, ни овцам.
Конкуренция в биологии – характеристика, виды и примеры
Каждый организм занимает определенное место в экосистеме, известное как его экологическая ниша. Целью специализации в нише является регулирование конкуренции.
Экосистема может разрушиться, если несколько видов нуждаются в одних и тех же скудных ресурсах для завершения своего жизненного цикла.
Определение конкуренции в биологии
Термин “конкуренция” в биологии обозначает тип негативного взаимодействия между организмами, которое возникает при нехватке ресурсов для выживания и размножения.
Конкуренция может происходить как внутри одного вида, так и между разными видами. Внутривидовая конкуренция включает массу примеров: от собак, дерущиеся за кость, до оленей, сцепляющихся рогами в схватке за самку.
Даже микроскопические бактерии активно конкурируют с помощью различных механизмов, таких как использование определенного ресурса, необходимого конкурентам, или использование метаболических функций, чтобы сделать внешнюю среду непригодной для других видов бактерий.
Противостояния за ресурсы встречаются в мире природы повсеместно. Конкурентоспособные инвазивные виды, такие как жуки-вонючки, карповые жуки, ясеневая изумрудная узкотелая златка, чесночная горчица, азиатский карп, мидии-зебры, могут уничтожить местные виды и серьезно нарушить экосистему. По оценкам ученых, лишайники производят более 500 биохимических соединений, которые убивают микробы, контролируют свет и подавляют рост растений.
Биологическая конкуренция поддерживает жизнь и укрепляет генофонд. Более конкурентоспособные организмы с большей вероятностью выживут и передадут свои выгодные генетические особенности потомству.
Конкуренция часто приводит к адаптации
Размножение является движущей силой живых организмов. Многие черты, характеристики и конкурентное поведение эволюционировали, чтобы обеспечить продолжение вида.
Например, самки индеек и павлинов предпочитают самцов с внушительными перьями на хвосте. Брачные крики, танцы и другие ритуалы также являются адаптациями, связанными с репродуктивным успехом.
Принцип конкурентного исключения Гаузе
Стабильная экосистема регулируется уравновешивающими силами. Принцип конкурентного исключения, разработанный российским ученым и математиком Г.Ф. Гаузе в 1930-х годах утверждает, что два вида не могут бесконечно удерживать одно и то же место в нише, потому что ресурсы ограничены.
В конце концов, лучший конкурент будет доминировать, заставляя другого искать новое место или погибнут.
Однако могут быть исключения, которые способствуют мирному сосуществованию. Например, похожие виды кенгуровых крыс, питающихся семенами, могут по-прежнему жить на одной небольшой территории, потому что один вид предпочитает кормиться на твердой земле, а другой – на песчаных участках. Таким образом, конкурирующие крысы избегают противостояния друг с другом.
Кроме того, существуют смягчающие факторы, которые позволяют более сильным и более слабым конкурентам жить бок о бок. Такие сценарии могут возникнуть, когда доминирующий вид находится в осаде хищников или потребности в ресурсах меняются.
Конкуренция также может быть снижена, если подчиненный вид питается остатками пищи доминирующего вида, а не борется с ними за еду.
Виды конкуренции и примеры
Конкуренция в биологии зависит от спроса и предложения. Особи вида будут яростно бороться за все, что им нужно от окружающей среды, чтобы выжить и добиться репродуктивного успеха.
Растения конкурируют друг с другом за освещенность, температуру, влажность, опылителей, питательные вещества почвы, пространство для роста и другие факторы среды. Микроорганизмы соревнуются за химические субстраты. Животные дерутся за территорию, воду, еду, убежище и потенциальных партнеров.
Внутривидовая конкуренция
Внутривидовая конкуренция предполагает непосредственное противостояние между особями одного и того же вида. Внутри видов, занимающих одну экологическую нишу, может возникнуть острое противостояние, поскольку они нуждаются в одинаковых ресурсах. Конкуренция менее важна, когда организмы живут в разных нишах и используют различные ресурсы.
Типичным примером внутривидовой конкуренции в биологии является самцы птиц красный кардинал, который прогоняет других самцов, вторгающихся в их гнездовые угодья.
Межвидовая конкуренция
Межвидовая конкуренция происходит между представителями разных видов, нуждающихся в одних и тех же ресурсах, например, в еде, воде или убежище.
Выделяют две формы межвидовой конкуренуии: прямую и косвенную.
Прямая конкуренция
Прямая конкуренция – это антагонистические отношения, при которых виды или организмы напрямую противостоят друг другу, путем взаимного угнетения (агрессивное поведение, перекрытие доступа к ресурсам, подавление химическими веществами и т. д.). Например, гепарды и львы охотятся на одну и туже добычу.
Косвенная конкуренция
Косвенная конкуренция возникает, когда организмы используют один и тот же ресурс, но не обязательно взаимодействуют друг с другом, например, дневные гепарды и ночные леопарды используют один и тот же водоем для питья или угодья для охоты в разное время суток.
Динамика популяции
Природа регулирует численность и динамику населения. Когда рост популяции неустойчив, организмы становятся более восприимчивыми к болезням, которые приводят к смерти и голоду, а уровень рождаемости падает.
Конкуренция в биологии зависит от плотности, это означает, что она накаляется, когда численность конкурентов велика, и уменьшается, когда их мало. Внутривидовая конкуренция в биологии особенно выражена.
Вымирание видов
Конкуренция может иметь последствия, выходящие за рамки типичных взаимодействий хищника и жертвы, которые контролируют популяции. Когда вид теряет пищу и среду обитания, он может оказаться под угрозой исчезновения. Охота и урбанизация сыграли значительную роль в вымирании видов.
Например, странствующие голуби когда-то исчислялись миллиардами особей от Нью-Йорка до Калифорнии, прежде чем на них начали охотиться и вид был полностью истреблен в начале ХХ века.
По данным Американского музея естественной истории, растущее население планеты представляет наибольшую угрозу для других видов. Люди эксплуатируют тысячи видов и истощают ограниченные природные ресурсы для поддержания комфортного образа жизни. Чрезмерное потребление человеком оставляет меньше ресурсов для других видов, которые не могут конкурировать с нами.
Постоянные угрозы для экосистемы включают глобальное потепление, опустынивание, загрязнение, обезлесение, чрезмерный вылов рыбы и внедрение инвазивных видов.
Конкуренция и эволюция
Конкуренция играет решающую роль в естественном отборе и эволюции. Хорошо адаптированные организмы имеют преимущество в сохранении своего места в экосистеме. Организмы с менее благоприятными чертами и характеристиками сокращаются в популяции. Более слабые конкуренты, как правило, умирают до того, как распространят свои гены, или перебираются в места, где шансы на выживание и процветание кажутся более многообещающими.
Смещение признаков – это эволюционный процесс естественного отбора, поддерживающий дивергенцию внутри популяции. Как правило, смещение характеров более распространено в областях, где пересекаются два конкурирующих вида. Например, Чарльз Дарвин обнаружил доказательства смещения признаков, когда изучал земляных вьюрков на Галапагосских островах.
Чтобы уменьшить конкуренцию за ресурсы, вьюрки разработали клювы разных размеров и форм, адаптированные для поедания определенных сортов семян, которые другим видам было трудно достать или расколоть.
Согласно The Washington Post, эволюционные изменения могут произойти намного быстрее, чем считалось ранее. Например, ящерицы вида североамериканский красногорлый анолис во Флориде переместили свою среду обитания с низких ветвей деревьев на высокие в ответ на вторжение коричневых анолис с Кубы.
Всего за 15 лет у красногорлых анолисов развились липкие лапы, которые помогали им цепляться за верхушки деревьев в ответ на прямую конкуренцию со стороны другого вида, питавшегося той же пищей.
Виды и примеры конкуренции среди животных
Мир живой природы обладает уникальным разнообразием видов и других таксономических единиц. Эволюционные законы способствуют сохранению на нашей планете только наиболее приспособленных к воздействию многочисленных факторов внешней среды особей. Конкуренция животных представляет собой один из эволюционных механизмов, направленных на выявления наиболее приспособленных к внешним воздействиям особей.
Что такое конкуренция в биологии?
Так называют явление, суть которого заключена в протекании различного рода антагонистических отношений между представителями живой природы, которые связаны с борьбой особей различных таксономических групп за наиболее выгодные условия существования, территорию, пищу и так далее. Однако в биологических законах протекания процессов конкуренции между живыми существами возникают различного рода исключения, о которых речь пойдет дальше.
Принцип конкурентного исключения Гаузе
Прежде чем говорить о принципе Гаузе необходимо обозначить некоторых понятия, которые помогут лучше понять значимость данного явления.
Экологическая ниша – это сумма факторов и условий внешней среды (питание, климатические условия, ареал обитания и так далее), в рамках которой конкретный биологический вид способен существовать в живой природе. Экологическая ниша подразделяется на две категории:
фундаментальная (включает все основные биологические потребности популяции);
реализованная (совокупность факторов и условий, в которых существует популяция).
Реализованная экологическая ниша возникает на фоне имеющихся конкурентных межвидовых отношений и является, так называемой, экологической территорией, в которой определенный вид не имеет конкурентов.
Принцип конкурентного исключения Гаузе заключается в том, что каждый отдельно взятый вид занимает определенную экологическую нишу (как видно из вышесказанного: реализованную экологическую нишу). Конкретизируя заключение Гаузе, можно констатировать, что антагонистические биологические сообщества, имеющие одинаковые источники питания и территорию, могут спокойно сосуществовать, занимая свою «реализованную» экологическую нишу (Гаузе продемонстрировал данный факт в опыт на инфузориях туфельках). Однако при ограничении ресурсов конкурентные отношения между видами начинают усиливаться, что приводит к вымиранию наименее приспособленных особей.
Таким образом, можно заключить, что абсолютные конкуренты не способны сосуществовать параллельно друг другу бесконечно. Данное заключение является одним из основополагающих догматов экологической науки.
Виды и примеры конкуренции в живой природе
Существуют различные виды и примеры конкуренции животных. В биологических научных дисциплина конкурентные отношения подразделяют на две больших подгруппы:
Внутривидовая конкуренция
Внутривидовая конкуренция представляет собой антагонистические отношения между особями внутри единого биологического вида. Представители единой таксономической группы могут за следующие факторы существования:
Еще Чарльз Дарвин отмечал, что внутривидовые антагонистические отношения являются самыми жестокими, так как они развиваются на фоне необходимости, возникающей у тех или иных особей удовлетворять витальные потребности (например, размножение). Отличным примером внутривидовой конкуренции является взаимоотношение большинства рыб, которые несмотря на то, что они являются представителями единой популяции, поедают икру (будущее потомство) друг друга, тем самым препятствуя увеличению численности своей же популяции.
Межвидовая конкуренция
Межвидовая конкуренция – это антагонистические отношения, возникающие между особями, которые являются представителями разных популяционных сообществ. Основа возникновения межвидовых конкурентных отношений заключает в том, что особи различных таксономических единиц используют одни и те же условия существования и ареал обитания. Межвидовая конкуренция в рамках экологической науки подразделяется на две большие группы:
интерференция (непосредственно антагонистические отношения между животными);
косвенная конкуренция (представители одной из таксономических единиц захватывают общие условия существования, тем самым ухудшая жизнь представителям другой таксономической группы).
Примером межвидовой конкуренции в биологии является взаимоотношения, складывающиеся между хищниками, которые имеют общий источник питания (например, львы и гиены). Взаимоотношения между львами и гиенами могут быть отнесены к прямой конкуренции (интерференции). Стоит отдельно отметить, что межвидовые конкурентные отношения между представителями животного царства не приводят к быстрому вымиранию одного из видов и могут продолжаться десятилетиями без видимых последствий и изменений.
Динамика популяции и вымирание видов
Динамика популяции представляет собой понятие, отражающие изменение внутрипопуляционных биологических характеристик, таких как: рождаемость, смертность, численность и так далее.
Вымирание видов – это процесс, суть которого заключается в исчезновении всех представителей данной таксономической единицы. Генез вымирания видов нередко связан с неблагоприятными для отдельных таксономических групп конкурентными отношениями.
Вследствие массовой смены экологических ниш, которая связана отчасти с возникновением антропогенного фактора, изменяется динамика развития и вымирания различных популяций. Данные изменения зачастую несут отрицательный характер, на их фоне образуются редкие таксономические единицы, которые находятся на грани исчезновения. Подобные таксономические единицы заносятся человеком в «Красную книгу» и заключаются под специальную охрану.
Конкуренция и эволюция
Как было сказано выше: процессы конкуренции способствуют продвижению эволюции и сохранению наиболее приспособленных таксономических единиц на Земле (одна из основных задач эволюционного процесса). Однако возникает ключевой для понимания биологической связи двух данных понятий вопрос: «Как взаимодействуют животные при конкуренции, и как это влияет на протекание эволюционного процесса?».
Во время конкурентных отношений представители различных таксономических групп, связанных общими ресурсами и ареалом существования, реализуют антагонистические взаимодействия, что приводит к исчезновению одной из групп особей. Оставшаяся таксономическая единица вступает в конкурентные отношения с новой, отстаивая свою экологическую (фундаментальную) нишу. Таким образом, происходит отсечение не приспособленных к воздействию факторов внешней среды особей, что и является основной протекания эволюционного процесса.
В заключении, необходимо подчеркнуть двойственную природу конкурентных взаимоотношения: с одной стороны, это явление, ведущее к гибели особей, а с другой стороны, данное биологические явление толкает эволюционный процесс вперед, оставляя на нашей планете только наиболее приспособленные классы, виды и популяции.
Конкуренция (биология)
Резюме
Конкуренция по хозяйству
Конкуренция путем эксплуатации является наиболее распространенной формой конкуренции и является результатом непрямого взаимодействия между конкурентами (во внутривидовом масштабе, то есть внутри одного и того же вида или в межвидовом масштабе, то есть между разными видами). Он возникает, когда два или более объекта зависят от использования одного и того же ресурса, тем самым уменьшая доступность этого ресурса для каждого из конкурентов, без прямого взаимодействия между ними (см. Конкуренцию через вмешательство).
Некоторые авторы определяют точные критерии для определения ситуаций, в которых возникает конкуренция путем эксплуатации, в частности, в случае межвидовой конкуренции:
С точки зрения конкуренции путем эксплуатации, конкурентоспособность может быть проиндексирована по способности вида приобретать и эффективно использовать ограничивающий ресурс, по его сопротивлению уменьшению этого ресурса, а также по его способности сокращать доступность ресурса. соседи. Эта конкурентоспособность может зависеть от различных факторов в зависимости от рассматриваемых видов и ресурсов: плотности, общей биомассы, размера организма. Эти факторы могут влиять на результат конкуренции по-разному, хотя размер обычно оказывает меньшее влияние на конкуренцию за эксплуатацию, чем на конкуренцию за вмешательство.
Ресурсы, подверженные конкуренции за счет эксплуатации, могут быть разными: в частности, у растений мы находим конкуренцию за питательные вещества, но также и за воду, пространство в недрах и над землей, а также за свет. Конкуренция за свет является особенной в том смысле, что она асимметрична: более крупные растения уменьшают доступность света для более мелких растений на величину, превышающую их собственное использование. Это объясняет, по мнению некоторых авторов, двойную реакцию растительных сообществ на увеличивающийся градиент ресурсов, а именно уменьшение видового разнообразия и сдвиг в типе видов от небольших, медленнорастущих растений до крупных, быстрорастущих растений.
В случае конкуренции за счет внутривидовой эксплуатации подходящей моделью является модель зависимости от плотности первого порядка, а именно логистическая модель, описываемая следующим уравнением:
Таким образом, конкуренция за счет эксплуатации является ключевым процессом, регулирующим динамику сообществ, и считается одним из основных механизмов, объясняющих успех многих инвазивных видов.
Очевидная конкуренция
Конкуренция путем вмешательства
Конкуренция путем вмешательства соответствует внутривидовой или межвидовой конкуренции. Для него характерно прямое взаимодействие (нападения, кражи, территориальность) или косвенное (блокирование доступа, отравление) между людьми в целях ограничения ресурса. Этот ресурс может быть источником пищи, средой обитания или сексуальным партнером.
Сегодня глобальные изменения являются серьезной проблемой, и они также влияют на конкуренцию через вмешательство. Действительно, изменение климата вызывает большие потоки населения в более подходящие места обитания, создавая частичное совпадение мест обитания между популяциями. Кроме того, в результате антропогенной деятельности мы обнаруживаем все больше и больше инвазивных видов, которые конкурируют за счет вмешательства с местными видами.
Общий
Конкуренция путем вмешательства зависит от плотности популяции, возраста рассматриваемых организмов и самих видов. Он характеризуется снижением приспособленности особей одной популяции под прямым действием другой конкурирующей популяции.
Конкурента можно узнать от рождения или узнав после первой встречи. Во внутривидовом соревновании различие между конкурентом и сверстником проводится путем изучения, например, песен птиц, которые различаются между популяциями одного и того же вида.
Как и любая стратегия, она подвержена различным эволюционным механизмам. Эволюция может выбрать включение того же фенотипа, что и у доминирующих конкурентов ( мимикрия ). Таким образом, подчиненные виды испытывают меньшую конкуренцию и имеют доступ к ресурсам. Некоторые теории даже предлагают гипотезу о том, что внутривидовая конкуренция посредством вмешательства связана с эволюцией определенных стратегий, таких как защита территорий или формирование гаремов (присвоение ресурсов для максимизации своей приспособленности).
Например, между плотоядными животными он сильнее и может проявляться как домогательство. У более мелких организмов, таких как бактерии, конкуренция посредством вмешательства происходит через секрецию токсина.
Соревнование путем вмешательства часто иллюстрируется между близкородственными видами, но бывают случаи между отдаленными видами.
Математическая модель
Построение модели
представляет динамику совокупности потребителей 1 без конкурента с:
Мы добавляем к динамике (5) эффект прибытия конкурирующей популяции 2, который состоит из двух компонентов:
Мы можем вывести динамику популяции 2:
Наконец, мы вычитаем влияние популяций 1 и 2 на ресурс из уравнения (4):
Интерпретация модели
В случае, когда взаимодействие приносит пользу только одной или обеим популяциям, мы используем «-», перед которым обозначены выгоды, принесенные i в результате взаимодействия, которые реинвестируются в воспроизводство. β я <\ displaystyle \ beta _ <я>> 
В случае, когда взаимодействие порождает издержки для двух популяций (т. Е. В классическом понимании конкуренции), мы используем знак «+» перед ним, что может позволить нам частично интерпретировать динамику: β я <\ displaystyle \ beta _ <я>>
Короче говоря, П. Амарасекаре демонстрирует, что в этой модели два вида, конкурирующие из-за вмешательства за один и тот же ресурс, не могут сосуществовать, если это только приносит издержки двум видам. Один из двух видов исключает другого из окружающей среды. Возможные причины:
Действительно, результат конкуренции путем вмешательства зависит от первоначального размера популяций.
Рассматривая случай преимущества вмешательства для одного из двух видов, сосуществование возможно тогда и только тогда, когда вид, который мешает меньше всего, является лучшим с точки зрения эксплуатации ресурса.
Виды помех конкуренции
Прямое вмешательство
Конкуренция путем прямого вмешательства соответствует конкуренции, в которой используются стратегии агрессии, кражи или присвоения ресурсов. Следовательно, между двумя организациями должен быть социальный контакт, физическая связь. Прямое вмешательство часто бывает асимметричным, т.е. есть доминанты, которые сильно влияют на других конкурентов и которые имеют доступ к большей части ресурса, и подчиненные, над которыми издеваются доминанты и имеют доступ к небольшой части ресурса. Есть несколько примеров прямого вмешательства.
Конкуренция посредством вмешательства может помешать местному восстановлению исчезающих видов.
Он воздействует непосредственно на области воспроизводства, доступ к которым уменьшается для менее конкурентоспособных видов.
Действительно, в Швеции, Норвегии и Финляндии популяции песцов находятся под угрозой исчезновения. Несмотря на активную защиту на протяжении более 90 лет, популяции с большим трудом восстанавливаются. Например, рыжая лисица с годами расширила свою территорию из-за глобального потепления, поэтому рыжая и песец делят часть своего домашнего ареала. Красные лисы, более конкурентоспособные, чем песцы, монополизируют более выгодные для размножения норы с агрессивным поведением, а песцы пространственно избегают их, хотя традиционно использовали их (до того, как красные лисы расширили свою территорию).
Песцы используют норы для размножения хорошего качества в два раза чаще при отсутствии рыжих лисиц поблизости, чем когда они находятся поблизости (то есть на расстоянии от шести до десяти километров). Однако некоторые песцы размножаются даже в присутствии рыжих лисиц поблизости, что приводит к очень агрессивному поведению рыжих лисиц, когда они кусаются, и даже к убийствам, нападая на детенышей.
Конкуренция путем межвидового вмешательства происходит на местном уровне между особями, даже если эти же виды могут сосуществовать в региональном масштабе. Некоторые виды могут исключать менее конкурентоспособные виды из части своего ареала обитания, где они размножаются и кормятся. Это может оказать значительное влияние на население, если площадь убежища будет менее адекватной, чем первоначальная.
Например, норы, используемые для разведения песцов, находятся на значительно большей высоте, чем норы лисиц. Поэтому они будут использовать конкурентоспособные убежища, чтобы избежать встречи с наиболее конкурентоспособными видами. Однако для песцов наличие пищевых ресурсов является определяющим фактором воспроизводства, и эта доступность снижается из-за уменьшения высоты над уровнем моря, что может повлиять на восстановление популяции.
При наличии корма колония аргентинских муравьев способна почти полностью вытеснить колонию местных видов менее чем за двадцать минут. Пополнение сородичей у аргентинских муравьев до 10 раз больше, чем у местных видов, а плотность муравьев местных видов, имеющих доступ к ресурсу, резко снижается почти до нуля.
Затем она принимает агрессивное поведение, когда кусает и тянет тесто своего противника. В основном она борется, растягивая живот, хватая и кусая своего противника, что также может сопровождаться химической защитой. Бои обычно проходят один на один, но аргентинский муравей может нанять до шести особей, чтобы одновременно атаковать одного и того же местного муравья.
С другой стороны, аргентинский муравей территориален, что объясняет его агрессивный характер. Действительно, в то время как несколько особей из колонии аргентинских муравьев монополизируют пищевые ресурсы, очень часто другая сторона активно ищет и успешно проникает в гнезда местных видов.
Это соревнование сначала кажется странным, потому что Mytmecocystus mimicus больше похож на хищника и падальщика, в то время как Pogonomyrmex питается в основном растениями.
Но на самом деле это соревнование особенно присутствует в сезон дождей, когда тела термитов выходят из-под земли, и поэтому термитам или другой добыче легче питаться, и они дают им больше энергии.