Экологическая ниша

Экологи изучают самые разные организмы — от инфузорий до китов — в различных местах обитания и, разумеется, разными методами. Что же позволяет им сопоставлять результаты своих исследований, выявлять общие закономерности? Есть в экологии универсальное понятие, позволяющее это сделать, — экологическая ниша. Оно пронизывает все сферы экологии.

Одним из первых термин «экологическая ниша» предложил в 20-х гг. XX в. американский натуралист Джон Гриннелл. Под «нишей» он понимал условия, в которых живёт вид. Позднее английский эколог Чарлз Элтон определил нишу как «статус организма в сообществе», точнее — его отношения с пищей и врагами. Образно говоря, ниша какого-либо вида, по Гриннеллу, — это его «адрес» (то, где он живёт), а по Элтону — его «профессия» (то, чем он занят в сообществе). В разных сообществах одну и ту же «профессию» могут иметь разные виды. Например, нишу крупных травоядных в Африке занимают антилопы, в Австралии — кенгуру, а в России — лоси.

Более полное представление об экологической нише даёт так называемая многомерная модель, которую разработал в 1957 г. американский учёный Джордж Эвелин Хатчинсон. Он предложил понимать под нишей весь диапазон факторов среды, в котором данный вид в течение длительного времени живёт и размножается. Допустим, что известны верхние и нижние пределы температуры и влажности, приемлемые для существования какого-либо растения.

Если эти сведения представить в системе координат, где температура показана по одной оси, а влажность — по другой, то при пересечении прямых, проходящих через границы интервалов, образуется прямоугольник Он-то и будет областью, в которой может жить данное растение, т. е. его экологической нишей. Если к этой схеме добавить ещё какое-нибудь условие (например, количество питательных веществ в почве), то осей станет уже три, а ниша на графике примет форму трёхмерной (объёмной) фигуры, похожей на ящик:

С помощью такой модели Хатчинсона можно сравнить ниши разных видов организмов. Чтобы мысленно представить эту картину, вообразим пустую комнату, в которой как бы парят отдельные «ящики» — ниши. Они могут соприкасаться друг с другом, перекрываться или даже вкладываться друг в друга, если условия существования двух видов частично совпадают.

Конечно, такая схема сильно упрощена. Во-первых, ни один организм не выдержит, если сразу несколько факторов имеют предельные значения (именно такие условия создаются в углах «ящика»). Так что в действительности ниши видов имеют сглаженные углы и по форме скорее напоминают продолговатые дыни. Кроме того, не все сочетания условий для организмов в равной степени хороши. Поэтому реальные ниши «заполнены» неодинаково: где-то численность организмов выше, а где-то — ниже.

Добавив к этой схеме другие показатели, например освещённость или кислотность почвы, можно получить сложные многомерные модели для целых сообществ организмов.
Вообще-то практически все стороны наших знаний о том или ином организме можно включить в описание его ниши. Главное — не запутаться!

Для животных обычно используют три основные оси многомерной ниши. Первая ось показывает пространственную нишу данного вида, т.е. место, где он живёт. Вторая ось характеризует пищевую (трофическую) нишу, т.е. то, чем вид питается. Третья ось — это временная ниша, отражающая время суток или сезон, когда вид активен. С помощью трёх основных составляющих можно описать положение отдельных видов в разных сообществах и их взаимоотношения.
Одни виды всеядны и живут в разных местообитаниях, другие предпочитают только определённую пищу или условия среды. Разнообразие ресурсов, используемых данным видом, называют шириной ниши. Чем шире ниша, тем больше размеры «ящика» в модели Хатчинсона. Например, сумчатый медведь коала питается только молодыми листьями определённых видов эвкалиптов (из-за такой разборчивости коала очень трудно содержать в зоопарках). О подобных «привередах» говорят, что они занимают узкую (специализированную) пищевую нишу. А вот у виргинского опоссума пищевая ниша очень широка: этот всеядный зверёк ест практически любую пищу.

Однако то, что у вида широкая ниша (например, пищевая), отнюдь не означает, что у него нет определённых предпочтений, что ему всё равно — где жить и что есть. Если опоссума кормить одной морковкой, он поморщится, но будет её грызть, т.е. его пищевая ниша сузится до предела. Но специализированным «морковкоедом» он от этого не станет и при первой же возможности постарается разнообразить своё меню (хотя бы за счёт ботинок зазевавшегося экспериментатора).

Какую нишу выгоднее иметь — узкую или широкую? Это зависит от условий среды. Узкие ниши обычно имеют виды-«специалисты», подобные коала. Они приспособились эффективно добывать какой-то определённый вид пищи. И если данный ресурс в избытке, эти виды вне конкуренции. Но стоит ситуации измениться -- их специальные навыки окажутся бесполезными. Зато виды, обладающие широкой нишей, способны использовать самые разные ресурсы, в случае необходимости легко переключаясь с одного на другой. Но к ним применимо старое изречение: «За всё берётся и ничего толком не умеет». Опоссум может есть и рыбу, и плоды, но рыбу он ловит хуже выдры, а плоды собирает хуже белки. Таким образом, специализация выгоднее в постоянной среде, а в изменчивых условиях надёжнее иметь широкую нишу.

Ресурсов, как правило, на всех не хватает. Поэтому в природе всё время идёт явное или скрытое соперничество за пищу, за место... Самая ожесточённая конкуренция возникает между видами, живущими в одном местообитании, питающимися одинаковой пищей, активными в одно и то же время — короче, занимающими похожие экологические ниши. Миром это закончиться не может в итоге более сильный конкурент вытеснит своего соперника. Этот принцип конкурентного исключения сформулировал и подтвердил экспериментами российский учёный Г. Ф. Гаузе. На опытах с инфузориями и дрожжами Гаузе доказал, что при полном перекрывании экологических ниш один вид довольно быстро вытесняет другой Поэтому виды, живущие в одном сообществе, всегда занимают несовпадающие ниши. Например, в африканской саванне вместе живут разные копытные животные. Все они травоядные, но их пищевые ниши различаются: жирафы едят листву, антилопы — молодые побеги кустарников и верхушки высоких трав, зебры — траву, а бегемоты — водную растительность. Разные виды ящериц охотятся на разную добычу, в разных местах (на земле, среди камней, на ветках кустов и деревьев) и в разное время суток, т.е. их ниши могут различаться по всем трём основным измерениям.

Если сообщество состоит из нескольких видов, то их ниши во многом совпадают. Чтобы избежать конкуренции, следует с каждым из соперников расходиться в чём-либо одном, а в остальном можно быть и похожими. Такой способ «упаковки» ниш называется комплементарным (взаимодополняющим). Как в сказке про лису и журавля. Журавль успешнее доставал кашу из высокого кувшина, а лиса быстрее слизывала её с блюдца. Каждый побеждал в своей нише и проигрывал в чужой. Очень многие природные сообщества устроены по такому же принципу.

В 1859 г. английские колонисты завезли в Австралию 24 диких европейских кролика. Спустя несколько десятилетий длинноухие зверьки стали настоящим бичом Зелёного континента: они уничтожали всё, что только могло быть съедено: и естественную растительность, и посевы на полях фермеров. Для борьбы с кроликами завозили лис, применяли яды, испробовали даже бактериологическое оружие. Но и по сей день единственное, чего удалось достичь, — это стабилизировать численность зверьков.

В начале XX в. из Северной Америки в Европу с грузом картофеля был случайно завезён золотисто-полосатый колорадский жук. Не прошло и столетия, как, размножившись в невероятных количествах, этот вредитель картофеля завоевал гигантские территории от Атлантики до Урала: никакие агротехнические ухищрения и ядохимикаты не могут остановить его победоносного шествия.
Довольно и двух примеров, чтобы понять, какое огромное практическое значение имеют исследования экологии популяций — совокупностей особей одного вида (будь то кролик, колорадский жук, ель или орхидея), занимающих определённую (обычно ограниченную) территорию.