3.生物為何而競爭

3.生物為何而競爭

競爭是生物或物種之間的一種關係,在競爭中,生物或物種都會受到傷害。如果至少有一種資源(例如食物、水或地盤),雙方都要使用,而其供給又是有限的,就會成為競爭要素。[1]物種內部的競爭和物種之間的競爭,都是生態學,尤其是群集生態學的重要話題。許多相互作用的生物和非生物因子都會影響群集結構,而競爭就是其中之一。同一物種內不同成員之間的競爭稱為種內競爭,而不同物種的個體之間的競爭則稱為種間競爭。競爭並不總是直截了當的,既可能直接發生,也可能間接發生。[2]

根據競爭排他原則,競爭資源失敗的物種要麼去適應,要麼滅絕,儘管在自然生態系統中很少發現競爭排他現象。根據進化理論,這種對資源的競爭,不管是種內的還是種間的,在自然選擇中都很重要。然而,與大規模的演化支間的擴張相比,競爭可能只扮演了次要角色;[3]這被稱為「房間漫步」(Room to Roam)假說。[2]

按機制區分[編輯]

競爭可以通過不同的機制發生,一般可分為直接的和間接的。這些機制既適用於種內競爭,也適用於種間競爭。生物學家通常都承認有兩種競爭:干擾競爭和剝削競爭。在干擾競爭中,生物體通過爭奪稀缺資源直接交互。例如,大蚜蟲為了捍衛窄葉楊樹葉上的取食地點,會將較小的蚜蟲從較好的地點噴出。相反,在剝削競爭中,生物體通過消耗稀缺資源而進行間接交互。例如,植物通過根的吸收來消耗氮,從而使附近的植物得不到氮。有些植物會產生很多根,這通常會將土壤中的氮含量降到非常低的水平,最終殺死鄰近的植物。[來源請求]

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歐洲馬鹿的雄性之間在發情期的競爭,就是同一物種之內干擾競爭的一個例子。

干擾競爭[編輯]

干擾競爭,通過侵略等行為直接發生在個體之間,比如個體干擾其它個體覓食、生存、繁殖,或者直接阻止它們建立領地。有一個例子發生在Novomessor cockerelli蟻和紅收割蟻之間,前者用小石子堵塞後者的洞口以干擾其覓食能力。[4]

剝削競爭[編輯]

剝削競爭間接地發生在兩個物種之間,這兩個物種需要競爭一種共同的有限資源。例如,對資源的使用,使得另一方沒有足夠的資源可用,或者他們競爭空間。[5]

表面競爭[編輯]

表面競爭間接地出現在被同一種捕食者捕食的兩個物種之間。[6]比如,物種A和物種B都是捕食者C的獵物。物種A的增加可能會導致物種B的減少,因為A的增加可能有利於捕食者C的生存,從而增加捕食者C的數量,這反過來將會捕食更多的物種B。[7]

按體型大小區分[編輯]

競爭各種各樣,從完全同等競爭(所有個體不論大小都能獲得同樣多的資源)和完全體型競爭(所有個體在單位生物量上都能獲得同樣多的資源)到絕對的體型差異競爭(最大的個體獲得所有可用的資源)。體型差異的程度對生態群落的結構和多樣性具有重要影響,例如在植物群落中,與對土壤資源的競爭相比,體型差異對光的競爭在多樣性方面具有更大的影響。[來源請求]

按物種關係區分[編輯]

競爭可能發生在同物種的個體之間,稱為種內競爭,也可能發生在不同物種之間,稱為種間競爭。研究表明,種內競爭可以調節種群數量動態(種群數量隨時間的變化)。出現這種情況是因為,當種群數量增長時,個體就變得擁擠。因為同一種群中的個體所需要的資源都是相同的,因此擁擠會導致資源變得更加有限。有些個體(通常是幼小的)最終因不能獲得足夠的資源而死亡或無法繁殖。這就降低了種群數量,減緩了其增長。[來源請求]

物種也會與其它有相同資源需求的物種交互。因此,種間競爭也可以同時改變許多物種的種群數量。實驗表明,當物種在爭奪有限的資源時,一個物種最終會導致其它物種的滅絕。這些實驗表明,相互競爭的物種無法共存(它們無法共同生活在同一區域),因為最強的的競爭者將會排除其它所有的競爭物種。[來源請求]

種內競爭[編輯]

種內競爭是指,在一個生態系統中,同一物種的不同成員之間競爭同一自然資源。[8]

種間競爭[編輯]

種間競爭可能會出現在兩個分屬不同物種的個體之間,它們需要在同一片區域內分享有限的資源。如果資源不能同時支撐這兩個物種,那麼就可能導致至少一個物種降低繁殖力、生長或存活。種間競爭有可能改變種群數量、動物社會和相互作用物種的進化。動物中的一個例子發生在獵豹和獅子之間;由於這兩個物種的捕食的獵物很相似,它們都會因對方的存在而受到負面影響,因為它們能得到的食物更少了。但是它們仍堅持在一起,儘管根據預測,在競爭中一方會取代另一方。事實上,獅子有時候會偷走被獵豹獵殺的動物。潛在的競爭者也會互相殘殺,即所謂的內部捕食。例如在南加州,郊狼經常會捕食灰狐狸和山貓,而這三種食肉動物的獵物是同樣的一些小型哺乳動物。[9]

原生動物中的一個例子涉及到奧里利亞草履蟲和大草履蟲。俄羅斯生態學家格奧爾基·高斯研究了這兩種草履蟲之間的競爭,及其共存的結果。高斯通過觀察它們不同的生態位在發生重疊時所產生的競爭,研究並提出了競爭排除原則。[10]

在個體、種群和物種之間都已經觀察到競爭現象,但卻鮮有證據表明,競爭是大群體進化的驅動力。例如,哺乳動物與爬行動物共同生存了數百萬年,但是卻無法獲得競爭優勢,直到恐龍在白堊紀-第三紀滅絕事件中被滅絕。[2]

進化策略[編輯]

對進化理論來說,競爭與r/K選擇理論的概念有關,該理論涉及到性狀的選擇,而這些性狀有利於在特定的環境中生存。該理論來源於生態學家羅伯特·麥克阿瑟和愛德華·威爾森在島嶼生物地理學方面的工作。[11]

在r/K選擇理論中,假設選擇壓力會使進化發生在「r選擇」或「K選擇」這兩個死板的方向之一。[12]術語r和K均來自標準生態代數,如在種群動態簡單的費爾許斯特方程(Verhulst equation)中描述的:[13]

這裡,r是人口N的增長率,K是其當地環境設置的環境承載力。通常,r選擇的物種利用空曠的生態位,並繁殖很多子孫,但他們能存活到成年的概率相對較低。相比之下,K選擇的物種則是在擁擠的生態位中強有力的競爭對手,而對少得多的子孫給予更多投資,因此每一個子孫存活到成年的概率也就相對更高。[13]

競爭排除原則[編輯]

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1:一種體型較小的鳥(黃色)占據着整棵樹。
2:一種較大的鳥(紅色)來競爭資源。
3:紅鳥占據了樹的中部以獲得更豐富的資源。而黃鳥則適應了新的生態位,以避免競爭。

為解釋物種如何共存,1934年格奧爾基·高斯提出了競爭排除原則,也叫高斯原則:物種如果具有相同的生態位,就無法共存。「生態位」一詞是指一個物種對生存和繁殖的需求。這些需求包括資源(如糧食)和適當的棲息地條件(如溫度或酸鹼度)。高斯的理由是,如果兩個物種具有相同的生態位(需要相同的資源和棲息地),它們將居住在完全相同的區域,並爭取完全相同的資源。如果發生這樣的事情,競爭力更強的物種就會將其競爭對手永遠排除在該區域之外。因此,物種的生態位至少要有些許不同,這樣才能共存。[14][15]

角色偏移[編輯]

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競爭可以導致物種進化出不同的特徵。這是因為,如果兩個物種具有相似的特徵,那它們的個體之間必然會經歷強烈的種間競爭,這些個體的繁殖和生存機會就更小。(相比之下,如果與競爭對手的差異較大,則更有利於繁殖和生存。)因此,它們也不會對下一代貢獻很多子孫。例如,在科隆群島,獨居和群居的達爾文雀都可以找到。當它們棲息的島上只有其中一個物種時,這兩個物種的種群實際上都會有更多個體擁有中等大小的喙。然而,當這兩個物種共同存在於同一個島上時,兩個物種中具有中等大小喙的個體之間競爭異常激烈,因為它們都需要中等大小的種子。因此,在這些島嶼上,擁有大喙與小喙的個體,與擁有中等大小喙的的個體相比,具有更大的存活和繁殖機會。如果不同的雀種擁有不同的特徵——例如喙的尺寸,它們就能專注於特定的資源而能夠共存。當中型地面雀小型地面雀都存在於同一個島上,小型地面雀傾向於進化出小喙,而中型地面雀則傾向於進化出大喙。當競爭物種生活在同一區域時,比它們各自生活在不同區域時,特徵更加不同,這種現象稱為角色偏移。這兩個雀種,喙的尺寸發生了偏移:一個物種的喙變得更小,而另一個物種的喙變得更大。對角色偏移的研究很重要,因為它們提供了一項證據,證明競爭在自然界中確定生態和進化模式方面具有重要作用。[16]

參見[編輯]

  • 種間關係
  • 角色偏移
  • 群落
  • 最小可存活種群
  • 爭奪競爭
  • 資源 (生物學)
  • 生態位分化

參考文獻[編輯]

  1. ^ Begon, M.; Harper, J. L.; Townsend, C. R. Ecology: From Individuals to Ecosystems [生態學:從個體到生態系統]. 威利-布萊克威爾. 1996 (英語).
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Sahney, S.; Benton, M.J.; Ferry, P.A. Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land [全球分類多樣性、生態多樣性與脊椎動物的陸地擴張之間的聯繫] (PDF). 生物學報. 2010, 6 (4): 544–547 [2018-08-27]. PMC 2936204
    3.生物為何而競爭
    . PMID 20106856. doi:10.1098/rsbl.2009.1024. (原始內容 (PDF)存檔於2015-11-06) (英語).
  3. ^ Jardine, P.E.; Janis, C.M.; Sahney, S.; Benton, M.J. Grit not grass: Concordant patterns of early origin of hypsodonty in Great Plains ungulates Glires. 古地理學·古氣候學·古生態學. 2012,. 365-366: 1–10. doi:10.1016/j.palaeo.2012.09.001 (英語).
  4. ^ Barton, Kasey E.; Sanders, Nathan J.; Gordon, Deborah M. The Effects of Proximity and Colony Age on Interspecific Interference Competition between the Desert Ants Pogonomyrmex barbatus and Aphaenogaster cockerelli [鄰近程度和領地占領時間對沙漠螞蟻Pogonomyrmex barbatus和Aphaenogaster cockerelli種間干擾競爭的影響]. 美國米德蘭自然學家. 2002, 148 (2): 376–382. doi:10.1674/0003-0031(2002)148[0376:TEOPAC]2.0.CO;2 (英語).
  5. ^ Tilman, D. Resource competition and community structure [資源競爭與社會結構]. 普林斯頓大學出版社. 1982 (英語).
  6. ^ Holt, Robert D. Predation, apparent competition, and the structure of prey communities [捕食、表面競爭與獵物社會結構]. 理論人口生物學. 1977, 12 (2): 197–229 [2018-08-27]. PMID 929457. doi:10.1016/0040-5809(77)90042-9. (原始內容存檔於2019-05-08) (英語).
  7. ^ Van Nouhuys, S.; Hanski, I. Apparent competition between parasitoids mediated by a shared hyperparasitoid [寄生蜂之間的表面競爭由一種共享的超寄生蜂調解]. 生態信件. 2000, 3 (2): 82–84. doi:10.1046/j.1461-0248.2000.00123.x (英語).
  8. ^ Townsend, Colin R.; Begon, Michael. Essentials of Ecology [生態學要點]. 2008: 103–105. ISBN 978-1-4051-5658-5 (英語).
  9. ^ Fedriani, J. M.; T. K. Fuller; R. M. Sauvajot; E. C. York. Competition and intraguild predation among three sympatric carnivores [三種同域食肉動物的競爭與內部捕食] (125). Oecologia: 258–270. 2000 (英語).
  10. ^ 格奧爾基·高斯. The struggle for existence [為生存而鬥爭]. 巴爾的摩: 利平科特·威廉姆斯和威爾金斯. 1934 (英語).
  11. ^ 羅伯特·麥克阿瑟; 愛德華·威爾森. The Theory of Island Biogeography [島嶼生物地理學理論]. 普林斯頓大學出版社. 2001 [1967]. ISBN 0-691-08836-5 (英語).
  12. ^ 埃里克·偏卡. On r and K selection [r選擇和K選擇]. 美國博物學家. 1970, (104): 592–597 (英語).
  13. ^ 13.0 13.1 皮埃爾·弗朗索瓦·費爾許斯特. Notice sur la loi que la population pursuit dans son accroissement. Corresp. Math. Phys. 1838, (10): 113–121 (法語).
  14. ^ Hardin, Garrett. The competitive exclusion principle [競爭排除原則] (PDF). 科學. 1960, 131 (3409): 1292–1297 [2018-08-27]. PMID 14399717. doi:10.1126/science.131.3409.1292. (原始內容 (PDF)存檔於2017-11-17) (英語).
  15. ^ Pocheville, Arnaud. The Ecological Niche: History and Recent Controversies [生態位:歷史與近期爭議]. Heams, Thomas; Huneman, Philippe; Lecointre, Guillaume; Silberstein, Marc (編). Handbook of Evolutionary Thinking in the Sciences [科學進化思想手冊]. Dordrecht: 施普林格. 2015: 547–5862015 [2018-08-27]. ISBN 978-94-017-9014-7. (原始內容存檔於2020-11-08) (英語).
  16. ^ Brown, W. L.; 愛德華·威爾森. Character displacement [角色偏移]. 系統生物學. 1956, (5): 49–65 (英語).

外部連結[編輯]

  • competition [競爭]. Encyclopedia.com. [2018-08-24]. (原始內容存檔於2019-08-21) (英語).
  • The Biological Basis for the 'Thrill of Victory' [生物學基礎之「勝利的快感」] (英語).

生態系模型

 

營養組成

總論

非生物因子 · 非生物壓力 · 行為生態學 · 生物地球化學循環 · 生物量 · 生物因子 · 生物壓力 · 環境承載力 · 競爭 · 生態系統 · 生態系統生態學 · 生態系統模型 · 關鍵物種 · 攝食行為列表 · 生態學代謝學說 · 生態生產力

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生產者

自養生物 · 化能合成 · 化能生物 · 基礎物種 · 混合營養生物 · 菌異營 · 菌根營養生物 · 有機營養生物 · 光能異養生物 · 光合作用 · 光合效率 · 光養生物 · 基本營養類型 · 初級生產

消費者

頂級掠食者 · 食細菌生物 · 食肉動物 · 化能有機營養生物 · 覓食 · 泛化種與特化種 · 集團內捕食 · 食草動物 · 異營生物 · 異養營養 · 食蟲動物 · 中間捕食者釋放假說 · 雜食動物 · 最優覓食理論 · 捕食 · 獵物轉換

分解者

  • 化能有機營養生物
  • 分解作用
  • 腐生營養
  • 有機碎屑

微生物

古菌 · 噬菌體 · 微生物生態學 · 岩石自養生物 · 無機營養生物 · 微生物合作 · 微食物網 · 微生物智能 · 微食物環 · 微生物席 · 微生物代謝 · 噬菌體生態學

食物網

生物放大作用 · 生態效率 · 生態塔 · 能量流 · 食物鏈 · 營養級

食物網例子

冷泉 · 海底熱泉 · 潮間帶 · 海藻林 · 湖泊 · 北太平洋副熱帶環流 · 河流 · 舊金山河口生態系統 · 土壤食物網 · 海潮水坑

過程

Ascendency · 生物累積 · 巔峰群集 · 競爭排除原則 · Consumer-resource systems · Copiotrophs · 生態網絡 · 演替 · 能質 · 能量系統語言 · f-ratio · 飼料轉化率 · 瘋狂捕食 · Mesotrophic soil · 養分循環 · Oligotroph · 浮游生物悖論 · 營養級聯 · 營養互利共生 · 營養狀態指數

防衞/對抗

  • 動物色彩
  • 反捕食者適應
  • 偽裝
  • 植物對食草動物的防禦
  • 擬態
  • Predator avoidance in schooling fish

 

其他組成

族群生態學

豐度 · 阿利效應 · 逆補償作用 · 生態收益 · 有效種群大小 · 種內競爭 · 邏輯斯諦函數 · 馬爾薩斯模型 · 最大持續產量 · 野生動物個體數過剩 · 過度開發 · 種群週期 · 種群動態 · 種群模型 · 種群大小 · 生態穩定性(恢復力穩定性 · 抵抗力穩定性)

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物種

生物多樣性 · 密度制約 · 物種多樣性的生態學影響 · 生態滅絕 · 特有種 · 旗艦種 · 梯度分析 · 生物指標 · 外來種 · 入侵物種 · 物種多樣性與緯度 · 最小可存活種群 · 中性理論 · 種群生存力分析 · 優先效應 · 拉波波特法則 · 物種多樣性 · 物種同質性 · 物種豐富度 · 物種分布 · 物種面積曲線 · 傘護種

種間關係

抗生 · 種間關係 · 片利共生 · 群落 · 種間競爭 · 互利共生 · 存儲效應 · 片害共生

空間生態學

生物地理學 · Cross-boundary subsidy · 生態梯度 · 生態過渡帶 · 生態型 · 擾動 · 邊緣效應 · 福斯特法則 · 棲地破碎化 · 理想自由分佈 · 中度干擾假說 · 島嶼生物地理學 · 地景生態學 · 地景流行病學 · 地景湖沼學 · 關聯族群 · 斑塊動態 · r/K選擇理論 · 源-匯動態

生態棲位

生態位 · 生態陷阱 · 生態系統工程師 · 物種分布建模 · 共位群 · 動物棲地 · 海洋動物棲地 · 極限相似性 · 生態位分配模型 · 生態棲位構建 · 生態棲位分化

非攝食網絡

組配規則 · 貝特曼原理 · 生物發光 · 生態崩潰 · 生態負債 · 生態赤字 · 生態能量學 · 生態指示生物 · 生態閾值 · 生態系統多樣性 · 湧現 · 滅絕債務 · 克萊伯定律 · 李比希最低量定律 · 臨界值法則 · 托森法則 · 旱生演替系列

其他

異速生長 · 多穩態 · 生態平衡 · 生物信息可視化 · 構造理論 · 漸變群 · 生態經濟學 · 生態足跡 · 生態預測 · 生態人文學 · 生態化學計量學 · 生態通道 · Ecosystem based fisheries · 髓石 · 演化生態學 · 功能生態學 · 工業生態學 · 宏觀生態學 · 微生態系統 · 自然環境 · 系統生態學 · 理論生態學