Гомотипические реакции - взаимодействия между особями одного вида конкуренция, групповой эффект

 

Под гомотопическими реакциями понимают взаимодействия между особями одного вида. Жизнедеятельность животных и растений при совместном обитании в значительной степени зависит от численности и плотности популяции. При этом большое экологическое значение имеют явления, связанные с так называемыми эффектами группы и массы.
Эффект группы — это влияние группы как таковой и числа индивидуумов в группе на поведение, физиологию, развитие и размножение особей, вызванное восприятием присутствия особей своего вида через органы чувств. Многие насекомые (сверчки, тараканы, саранчовые и др.) в группе имеют более интенсивный, чем при жизни поодиночке, метаболизм, быстрее растут и созревают. Баклан — главный производитель гуано в Перу, может существовать лишь при условии, если в его колониях насчитывается не менее 10 000 особей и на 1 м2 приходится 3 гнезда.
При совместной жизни легче искать и добывать пищу, а также защищаться от врагов. Объединенные в стаю волки более способны убивать добычу крупных размеров, чем волки-одиночки. Бизоны, мускусные быки и другие жвачные успешнее обороняются от хищников, если они объединены в стада.
Групповой эффект наиболее ярко выражается при наличии у животных явления фазности, т. е. способности вида существовать одновременно в двух формах — в форме одиночных особей и в форме групп. Эффект группы наглядно виден у мигрирующих саранчовых, которые при изолированном воспитании представляют собой одиночную фазу (солитария), окрашенную в зеленый цвет, а при скученном воспитании возникает стадная фаза (грегария), отличающаяся контрастными черными пятнами на оранжевом или светло-коричневом основном фоне. Облик одиночных и стадных насекомых различается столь сильно, что раньше существовало представление о том, что это два разных вида. У пустынной саранчи (Schistocerca gregaria) восприятие соседей по группе осуществляется с помощью зрения. Если в лабораторных условиях замазать глаза личинки непрозрачным лаком, то ее развитие и облик меняются. Интактные насекомые по мере взросления объединяются в кулигу, а «боевой окрас» свидетельствует об их готовности к дальним миграциям.
Нередко эффект группы проявляется уже при совместном существовании двух животных. Он может приводить не только к положительным, но и к отрицательным результатам. Например, рост головастиков в группе замедляется. Как правило, при небольшой численности группы преобладают положительные эффекты, а при избыточной плотности животных доминируют отрицательные явления. Так, в перенаселенных группах домовых мышей падает плодовитость и даже совсем прекращается размножение. У жуков мучного хрущака при высокой плотности популяции намного увеличивается доля бесплодных яиц.
Эффект массы в отличие от эффекта группы не связан с восприятием особями одного вида присутствия друг друга. Он вызывается изменениями в среде обитания, происходящими при увеличении численности особей и плотности популяции. Как правило, эффект массы отрицательно сказывается на плодовитости, скорости роста, длительности жизни животных. Например, при развитии популяции мучного хрущака в муке постоянно накапливаются экскременты, линочные шкурки, что приводит к ухудшению муки как среды обитания. Это вызывает падение плодовитости и повышение смертности в популяции жуков.
В природе эффекты группы и массы далеко не всегда легко различить, поскольку они нередко проявляются одновременно. Исключительно важную роль играют групповые и массовые эффекты в динамике численности популяций, выступая в ряду так называемых зависящих от плотности факторов, которые регулируют численность популяции по принципу обратной связи.
В большинстве популяций раньше или позже отмечается образование скоплений особей. Степень агрегации зависит от характера местообитания, погоды или других физических факторов, но прежде всего от биологических особенностей вида. Эти особенности лежат в основе принципа Олли, который формулируется следующим образом: для каждого вида существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. Как перенаселенность, так и недоселенность (или отсутствие агрегации) могут оказывать неблагоприятное влияние. Данное положение подтверждено многочисленными наблюдениями и экспериментами. Известно, например, что для успешного выживания стадо слонов должно состоять по крайней мере из 25 особей, а стадо северного оленя — минимум из 300 голов. Гнездящиеся совместно чайки и другие птицы часто не могут успешно размножаться, если колония слишком мала. Однако и очень большая численность группы для них оказывается неблагоприятной. Таким образом, действие принципа Олли объясняется совместным влиянием эффектов группы и массы.
К гомотопическим реакциям кроме группового и массового эффектов относится еще одна форма взаимодействия между особями одного вида — внутривидовая конкуренция. Сам термин появился сравнительно недавно. Раньше в том же значении использовался термин «борьба за существование», предложенный Ч. Дар-вином, т. е. борьба за возможность выжить, для чего необходима энергия, получаемая растениями в виде солнечного света, а животными в виде различных пищевых материалов. Поэтому в борьбе за овладение источниками энергии происходит напряженная конкуренция, возникает соперничество между особями одного вида. В отношении всех видов конкуренции существует правило: чем более совпадают потребности конкурентов, тем острее конкуренция. Следовательно, внутривидовая конкуренция острее межвидовой, конкуренция между особями одной популяции острее, чем между особями разных популяций, и т. д. Победивший в конкурентной борьбе имеет возможность оставить потомство, а следовательно, передать свои гены по наследству. Уступивший в конкурентной борьбе погибает, или, точнее, элиминируется. Таким образом, основной результат, к которому в ряду поколений приводит внутривидовая конкуренция, — дивергенция особей, завершающаяся формированием популяций.
Различают две основные формы конкуренции — прямую и косвенную. Прямая конкуренция, или интерференция, осуществляется путем прямого влияния особей друг на друга, например при агрессивных столкновениях между животными или при выделении токсинов (аллелопатия) у растений и микроорганизмов. Интерференция у животных не обязательно заключается во взаимной агрессивности. Она может возникать, например, когда одни животные своим поведением лишают других доступа к пище, укрытиям, местам для размножения и т. д.
Косвенная конкуренция не предполагает непосредственного взаимодействия между особями. Она происходит опосредованно — через потребление разными животными одного и того же ресурса, который обязательно должен быть ограниченным. Поэтому такую конкуренцию обычно называют эксплуатационной. В качестве причины, вызывающей конкуренцию, может выступать любой лимитированный ресурс, а также места для размножения, укрытия и т. д. При эксплуатационной конкуренции преимущество получают животные, способные быстрее и эффективнее использовать ресурсы, являющиеся предметом конкуренции, и уменьшать их количество, достающееся другим животным.
Внутривидовая конкуренция нередко проявляется в территориальности — охране отдельными животными или их группами индивидуальных участков. Обычно охраняется кормовая территория. Подобное характерно для некоторых видов насекомых, рыб, многих видов ящериц, млекопитающих и подавляющего большинства видов птиц. Существуют также гнездовые и брачные территории, образование которых обусловлено наличием конкурентной борьбы за места размножения или за брачного партнера. Конкуренция за некоторый ограниченный ресурс обычно приводит к более равномерному пространственному размещению животных. У животных с общественным поведением конкуренция нередко выражается в возникновении иерархии доминирования, позволяющей упорядочить распределение ресурсов между животными в группе.
Поскольку основным объектом внутривидовой конкуренции служит энергия, то среди растений наиболее острая борьба идет за свет. При слишком большой густоте произрастания растения затеняют друг друга. Конкуренция выражается также в гибели определенного количества растений, в результате чего плотность последних снижается. Это явление хорошо выражено у некоторых культур (морковь, свекла). Оно наблюдается и в лесу, где молодых деревьев гораздо больше, чем старых.
Процесс «саморазреживания» хорошо изучен в лесных насаждениях, где он имеет большое хозяйственное значение. Возраста спелости достигает не более 0,1 % деревьев, считая от исходного количества проростков. С течением времени растущие деревья для нормального существования требуют все большего и большего пространства. Так, если для ели в возрасте 20 лет достаточно 0,4 м2, то в 40 лет ей необходимо уже 3,2 м2, в 80 — 10,3 м2, а в 100 лет — 14,1 м2. Естественно, что в процессе роста деревья все сильнее теснят друг друга; более слабые особи отстают в развитии, хиреют и в конце концов засыхают. Таким образом, количество деревьев неуклонно сокращается и насаждение разреживается. Снижение плотности популяции происходит в течение всей жизни насаждения, но разными темпами в разные периоды, достигая максимума интенсивности в возрасте 15 — 30 лет, когда происходит смыкание крон.
Конкуренция за свет влияет на форму деревьев: у них совершенно различный вид в зависимости от того, растут ли они в лесу или поодиночке. Например, у дуба, если он растет отдельно, крона шарообразной формы, так как нижние боковые ветки получают достаточное количество света, чтобы развиваться не хуже верхних. В лесу же, напротив, листва нижних ветвей затенена вышерасположенными ветвями как этого дерева, так и соседних растений. Происходит естественный процесс отмирания и опадения ветвей, листья которых получают мало света и у которых баланс ассимиляции и дыхания отрицательный. По мере роста в высоту опадение нижних ветвей происходит быстрее, и дерево принимает лесную форму, отличающуюся прямым цилиндрическим стволом, который на большом протяжении лишен ветвей.
Конкуренция протекает, но не по принципу «включена —выключена». Напротив, ее уровень непрерывно меняется в зависимости от конкретных условий. Так, в экологическом вакууме конкуренция слабо выражена или отсутствует, а в насыщенной среде она играет большую роль во взаимоотношениях между особями.