19.4: علم البيئة المجتمعية

بشكل عام، لا تعيش مجموعات أحد الأنواع أبدًا بمعزل عن مجموعات الأنواع الأخرى. تشكل المجموعات السكانية المتفاعلة التي تحتل موطنًا معينًا مجتمعًا بيئيًا. يُعرف عدد الأنواع التي تحتل نفس الموطن ووفرتها النسبية بتنوع المجتمع. لا تزال المناطق ذات التنوع المنخفض للأنواع، مثل الأنهار الجليدية في أنتاركتيكا، تحتوي على مجموعة متنوعة من الكائنات الحية، في حين أن تنوع الغابات الاستوائية المطيرة كبير جدًا بحيث لا يمكن تقييمه بدقة. يدرس العلماء علم البيئة على مستوى المجتمع لفهم كيفية تفاعل الأنواع مع بعضها البعض والتنافس على نفس الموارد.

الافتراس والحيوانات العاشبة

ربما يكون المثال الكلاسيكي لتفاعل الأنواع هو العلاقة بين المفترس والفريسة. إن التعريف الأضيق للتفاعل بين المفترس والفريسة يصف الأفراد من مجموعة سكانية واحدة الذين يقتلون ثم يستهلكون أفراد مجموعة سكانية أخرى. لا تكون أحجام أعداد الحيوانات المفترسة والفريسة في المجتمع ثابتة بمرور الوقت، وقد تختلف في الدورات التي تبدو مرتبطة. يظهر المثال الأكثر شيوعًا لديناميات أعداد الحيوانات المفترسة والفرائس في تدوير الوشق (المفترس) والأرنب ذو الأحذية الثلجية (الفريسة)، باستخدام 100 عام من بيانات الاصطياد من أمريكا الشمالية (الشكل$\PageIndex{1}$). تمتد دورة أعداد الحيوانات المفترسة والفريسة هذه لمدة عشر سنوات تقريبًا، حيث يتخلف عدد الحيوانات المفترسة من عام إلى عامين عن أعداد الفريسة. التفسير الواضح لهذا النمط هو أنه مع زيادة أعداد الأرانب، يتوفر المزيد من الغذاء للوشق، مما يسمح بزيادة أعداد الوشق أيضًا. ومع ذلك، عندما تنمو أعداد الوشق إلى مستوى الحد الأدنى، فإنها تقتل الكثير من الأرانب البرية بحيث تبدأ أعداد الأرانب في الانخفاض، يليه انخفاض في أعداد الوشق بسبب ندرة الغذاء. عندما يكون عدد حيوانات الوشق منخفضًا، يبدأ حجم أعداد الأرانب في الزيادة ويرجع ذلك جزئيًا إلى انخفاض ضغط الافتراس، مما يؤدي إلى بدء الدورة من جديد.

الشكل$\PageIndex{1}$: يعد ركوب الدراجات في مجموعات الأرانب ذات الأحذية الثلجية والوشق في شمال أونتاريو مثالاً على ديناميكيات المفترس والفريسة.

آليات الدفاع ضد الافتراس والحيوانات العاشبة

يعتبر الافتراس وتجنب المفترس عوامل انتقائية قوية. سيتم تمثيل أي شخصية وراثية تسمح لفرد من الفرائس بالتهرب بشكل أفضل من الحيوانات المفترسة بأعداد أكبر في الأجيال اللاحقة. وبالمثل، فإن السمات التي تسمح للمفترس بتحديد موقع فريسته والتقاطها بشكل أكثر كفاءة ستؤدي إلى زيادة عدد النسل وزيادة شيوع السمة بين السكان. تؤدي مثل هذه العلاقات البيئية بين مجموعات سكانية محددة إلى تكيفات مدفوعة باستجابات تطورية متبادلة في تلك المجموعات السكانية. طورت الأنواع العديد من الآليات للهروب من الافتراس والحيوانات العاشبة (استهلاك النباتات للطعام). قد تكون الدفاعات ميكانيكية أو الكيميائية أو الفيزيائية أو السلوكية.

الدفاعات الميكانيكية، مثل وجود الدروع في الحيوانات أو الأشواك في النباتات، تثبط الافتراس والحيوانات العاشبة عن طريق تثبيط الاتصال الجسدي (الشكل$\PageIndex{2}$ أ). تنتج العديد من الحيوانات أو تحصل على دفاعات كيميائية من النباتات وتخزنها لمنع الافتراس. تنتج العديد من الأنواع النباتية مركبات نباتية ثانوية لا تؤدي أي وظيفة للنبات باستثناء أنها سامة للحيوانات وتثبط الاستهلاك. على سبيل المثال، ينتج قفاز الثعلب العديد من المركبات، بما في ذلك الديجيتال، التي تكون شديدة السمية عند تناولها (الشكل$\PageIndex{2}$ ب). (استخدم علماء الطب الحيوي المادة الكيميائية التي تنتجها foxglove كدواء للقلب، مما أنقذ الأرواح لعقود عديدة.)

الشكل$\PageIndex{2}$: (أ) تستخدم شجرة جراد العسل الأشواك، دفاعًا ميكانيكيًا، ضد الحيوانات العاشبة، بينما يستخدم قفاز الثعلب (ب) دفاعًا كيميائيًا: السموم التي ينتجها النبات يمكن أن تسبب الغثيان والقيء والهلوسة والتشنجات أو الموت عند تناولها. (الفضل أ: تعديل عمل لهيو ويليامز؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل فيليب جاجنستيدت)

تستخدم العديد من الأنواع شكل أجسامها ولونها لتجنب اكتشافها من قبل الحيوانات المفترسة. عصا المشي الاستوائية عبارة عن حشرة ذات لون وشكل جسم غصين، مما يجعل من الصعب جدًا رؤيتها عندما تكون ثابتة على خلفية أغصان حقيقية (الشكل$\PageIndex{3}$ أ). في مثال آخر، يمكن للحرباء تغيير لونها لتتناسب مع محيطها (الشكل$\PageIndex{3}$ ب).

الشكل$\PageIndex{3}$: (أ) عصا المشي الاستوائية و (ب) تستخدم الحرباء شكل جسمها و/أو تلوينها لمنع اكتشافها من قبل الحيوانات المفترسة. (الفضل أ: تعديل العمل من قبل ليندا تانر؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل فرانك فاسن)

تستخدم بعض الأنواع التلوين كوسيلة لتحذير الحيوانات المفترسة من أنها بغيضة أو سامة. على سبيل المثال، تقوم يرقة الفراشة الملكية بعزل السموم من طعامها (النباتات والأعشاب اللبنية) لجعل نفسها سامة أو كريهة للحيوانات المفترسة المحتملة. تتميز اليرقة باللونين الأصفر والأسود اللامع للإعلان عن سميتها. تستطيع اليرقة أيضًا نقل السموم المحتبسة إلى الملك البالغ، وهو أيضًا ملون باللونين الأسود والأحمر بشكل كبير كتحذير للحيوانات المفترسة المحتملة. تنتج الضفادع ذات البطن الناري السموم التي تجعلها كريهة للحيوانات المفترسة المحتملة. لديهم ألوان حمراء أو برتقالية زاهية على بطونهم، والتي يعرضونها على المفترس المحتمل للإعلان عن طبيعتها السامة وتثبيط الهجوم. هذان مثالان فقط للتلوين التحذيري، وهو تكيف شائع نسبيًا. لا يعمل التلوين التحذيري إلا إذا استخدم المفترس البصر لتحديد موقع الفريسة ويمكنه التعلم - يجب أن يواجه المفترس الساذج العواقب السلبية لتناول واحدة قبل أن يتجنب الأفراد الآخرين ذوي الألوان المماثلة (الشكل$\PageIndex{4}$).

الشكل$\PageIndex{4}$: الضفدع ذو البطن الناري له ألوان زاهية على بطنه تعمل على تحذير الحيوانات المفترسة المحتملة من أنه سام. (الائتمان: تعديل العمل من قبل روبرتو فيرزو)

بينما تتعلم بعض الحيوانات المفترسة تجنب تناول بعض الفرائس المحتملة بسبب تلوينها، طورت الأنواع الأخرى آليات لتقليد هذا التلوين لتجنب تناولها، على الرغم من أنها نفسها قد لا تكون مزعجة للأكل أو تحتوي على مواد كيميائية سامة. في بعض حالات التقليد، تحاكي الأنواع غير الضارة التلوين التحذيري للأنواع الضارة. على افتراض أنهم يتشاركون نفس الحيوانات المفترسة، فإن هذا التلوين يحمي الحيوانات غير الضارة. تحاكي العديد من أنواع الحشرات تلوين الدبابير، وهي حشرات لاذعة وسامة، مما يثبط الافتراس (الشكل$\PageIndex{5}$).

الشكل$\PageIndex{5}$: أحد أشكال التقليد هو عندما تحاكي الأنواع غير الضارة تلوين الأنواع الضارة، كما يتضح من (أ) الزنبور (Polistes sp.) و (b) hoverfly (Syrphus sp.). (الائتمان: تعديل العمل من قبل توم إنغز)

في حالات التقليد الأخرى، تشترك أنواع متعددة في نفس اللون التحذيري، ولكن جميعها لديها بالفعل دفاعات. يعمل شيوع الإشارة على تحسين امتثال جميع الحيوانات المفترسة المحتملة. $\PageIndex{6}$يُظهر الشكل مجموعة متنوعة من الفراشات ذات المذاق الكريه مع ألوان متشابهة.

الشكل$\PageIndex{6}$: تشترك العديد من أنواع فراشة Heliconius ذات المذاق غير السار في نمط ألوان مماثل مع أصناف ذات مذاق أفضل، وهو مثال على التقليد. (المصدر: جورون م، بابا آر، بلتران م، تشامبرلين ن، مافاريز جيه، وآخرون.)

مبدأ الاستبعاد التنافسي

غالبًا ما تكون الموارد محدودة داخل الموطن وقد تتنافس أنواع متعددة للحصول عليها. لقد أدرك علماء البيئة أن جميع الأنواع لها مكانة بيئية. المحراب هو مجموعة فريدة من الموارد التي تستخدمها الأنواع، والتي تشمل تفاعلاتها مع الأنواع الأخرى. ينص مبدأ الاستبعاد التنافسي على أنه لا يمكن لنوعين احتلال نفس المكانة في الموطن: بمعنى آخر، لا يمكن أن تتعايش الأنواع المختلفة في المجتمع إذا كانت تتنافس على جميع الموارد نفسها. يعمل هذا المبدأ لأنه إذا كان هناك تداخل في استخدام الموارد وبالتالي المنافسة بين نوعين، فسيتم اختيار السمات التي تقلل الاعتماد على المورد المشترك لتؤدي إلى تطور يقلل من التداخل. إذا كان أي من النوعين غير قادر على التطور لتقليل المنافسة، فإن الأنواع التي تستغل المورد بشكل أكثر كفاءة ستدفع الأنواع الأخرى إلى الانقراض. يظهر مثال تجريبي لهذا المبدأ في الشكل$\PageIndex{7}$ مع نوعين من البروتوزوان: باراميسيوم أوريليا وباراميسيوم كوداتوم. عندما ينمو كلاهما بشكل فردي في المختبر، يزدهر كلاهما. ولكن عندما يتم وضعها معًا في نفس أنبوب الاختبار (الموئل)، تتفوق P. aurelia على P. caudatum في الغذاء، مما يؤدي إلى انقراض الأخير في نهاية المطاف.

الشكل$\PageIndex{7}$: تنمو باراميسيوم أوريليا وباراميسيوم كوداتوم بشكل جيد بشكل فردي، ولكن عندما يتنافسان على نفس الموارد، تتفوق P. aurelia على P. audatum.

تكافل

العلاقات التكافلية هي تفاعلات وثيقة وطويلة الأمد بين الأفراد من مختلف الأنواع. قد يكون التكافل تعاضديًا، حيث يستفيد أحد الأنواع بينما لا يتضرر الآخر ولا يستفيد منه؛ أو متبادل، حيث يستفيد كلا النوعين؛ أو طفيليًا، حيث يضر التفاعل بأحد الأنواع ويفيد الآخر.

نظرية التوابع

تحدث علاقة التراحم عندما يستفيد أحد الأنواع من تفاعل وثيق طويل الأمد، بينما لا يستفيد الآخر ولا يتضرر. تقدم الطيور التي تعشش في الأشجار مثالاً على العلاقة الترابطية (الشكل$\PageIndex{8}$). لا تتضرر الشجرة من وجود العش بين فروعها. الأعشاش خفيفة وتنتج القليل من الضغط على السلامة الهيكلية للفرع، ومعظم الأوراق، التي تستخدمها الشجرة للحصول على الطاقة عن طريق التمثيل الضوئي، تقع فوق العش بحيث لا تتأثر. من ناحية أخرى، يستفيد الطائر بشكل كبير. إذا كان على الطائر أن يعشش في العراء، فسيكون بيضه وصغاره عرضة للحيوانات المفترسة. يصعب تحديد العديد من العلاقات المتبادلة المحتملة لأنه من الصعب إثبات أن أحد الشركاء لا يستمد بعض الفوائد من وجود الآخر.

الشكل$\PageIndex{8}$: بدأ النساج المقنع الجنوبي في صنع عش في شجرة في وادي زامبيزي بزامبيا. هذا مثال على العلاقة الترابطية، حيث يستفيد أحد الأنواع (الطائر)، بينما لا يستفيد الآخر (الشجرة) ولا يتضرر. (المصدر: «هاناي» /ويكيميديا كومنز)

التبادلية

النوع الثاني من العلاقات التكافلية يسمى التبادلية، حيث يستفيد نوعان من تفاعلهما. على سبيل المثال، لدى النمل الأبيض علاقة متبادلة مع الطعوم الذين يعيشون في أمعاء الحشرة (الشكل$\PageIndex{9}$ أ). يستفيد النمل الأبيض من قدرة البروتيستس على هضم السليلوز. ومع ذلك، فإن البروتيستس قادرون على هضم السليلوز فقط بسبب وجود البكتيريا التكافلية داخل خلاياهم التي تنتج إنزيم السليولاز. لا يمكن للنمل الأبيض نفسه القيام بذلك: بدون البروتوزوا، لن يكون قادرًا على الحصول على الطاقة من طعامه (السليلوز من الخشب الذي يمضغه ويأكله). تستفيد البروتوزوا من خلال وجود بيئة واقية وإمدادات مستمرة من الطعام من أعمال مضغ الخشب للنمل الأبيض. في المقابل، يستفيد أخصائيو العلاج الطبيعي من الإنزيمات التي توفرها قواعدهم الداخلية البكتيرية، بينما تستفيد البكتيريا من بيئة واقية مضاعفة ومصدر ثابت للعناصر الغذائية من مضيفين. الأشنة هي علاقة متبادلة بين الفطريات والطحالب الضوئية أو البكتيريا الزرقاء (الشكل$\PageIndex{9}$ ب). يوفر الجلوكوز الذي تنتجه الطحالب التغذية لكلا الكائنات الحية، في حين أن البنية الفيزيائية للحزاز تحمي الطحالب من العناصر وتجعل بعض العناصر الغذائية في الغلاف الجوي متاحة أكثر للطحالب. يمكن أن تعيش طحالب الأشنات بشكل مستقل في ظل البيئة المناسبة، لكن العديد من الشركاء الفطريين غير قادرين على العيش بمفردهم.

الشكل$\PageIndex{9}$: (أ) يشكل النمل الأبيض علاقة متبادلة مع البروتوزوا التكافلية في أحشائه، مما يسمح لكلا الكائنات الحية بالحصول على الطاقة من السليلوز الذي يستهلكه النمل الأبيض. (ب) الحزاز هو فطر يحتوي على طحالب تكافلية تعمل على التمثيل الضوئي وتعيش في ارتباط وثيق. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل سكوت باور، وزارة الزراعة الأمريكية؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل كوري زانكر)

التطفل

الطفيل هو كائن حي يتغذى على الآخر دون أن يقتل على الفور الكائن الحي الذي يتغذى عليه. في هذه العلاقة، يستفيد الطفيل، لكن الكائن الحي الذي يتغذى عليه، المضيف، يتضرر. عادة ما يضعف الطفيل المضيف لأنه يمتص الموارد التي يستخدمها المضيف عادةً للحفاظ على نفسه. قد تقتل الطفيليات مضيفيها، ولكن عادة ما يكون هناك اختيار لإبطاء هذه العملية لإتاحة الوقت للطفيلي لإكمال دورته الإنجابية قبل أن يتمكن هو أو نسله من الانتشار إلى مضيف آخر.

غالبًا ما تكون الدورات التناسلية للطفيليات معقدة للغاية، وتتطلب أحيانًا أكثر من نوع مضيف واحد. تسبب الدودة الشريطية المرض لدى البشر عند استهلاك اللحوم الملوثة وغير المطبوخة جيدًا مثل لحم الخنزير أو السمك أو اللحم البقري (الشكل$\PageIndex{10}$). يمكن أن تعيش الدودة الشريطية داخل أمعاء المضيف لعدة سنوات، مستفيدة من طعام المضيف، وقد تنمو لتصل إلى أكثر من 50 قدمًا عن طريق إضافة شرائح. ينتقل الطفيل من أحد الأنواع المضيفة إلى النوع المضيف الثاني لإكمال دورة حياته. يعد Plasmodium falciparum طفيليًا آخر: الطفيل الذي يسبب الملاريا، وهو مرض كبير في أجزاء كثيرة من العالم. يعيش الكائن الحي داخل الكبد البشري وخلايا الدم الحمراء، ويتكاثر بشكل لاجنسي في المضيف البشري ثم جنسياً في أمعاء البعوض الذي يتغذى على الدم لإكمال دورة حياته. وهكذا تنتقل الملاريا من الإنسان إلى البعوض وتعود إلى الإنسان، وهي واحدة من العديد من الأمراض المعدية التي تنقلها المفصليات البشرية.

الشكل$\PageIndex{10}$: يوضح هذا الرسم البياني دورة حياة الدودة الشريطية، وهي طفيل دودة بشرية. (الائتمان: تعديل العمل من قبل CDC)

مفهوم في العمل

لمعرفة المزيد عن «التكافل في البحر»، شاهد هذه الحلقة الإلكترونية من فيلم «العالم الأزرق» لجوناثان بيرد.

خصائص المجتمعات

المجتمعات هي أنظمة معقدة يمكن تمييزها بهيكلها (عدد وحجم السكان وتفاعلاتهم) وديناميكياتهم (كيف يتغير الأعضاء وتفاعلاتهم بمرور الوقت). يتيح لنا فهم بنية المجتمع وديناميكياته تقليل التأثيرات على النظم البيئية وإدارة المجتمعات البيئية التي نستفيد منها.

التنوع البيولوجي

لقد درس علماء البيئة على نطاق واسع إحدى الخصائص الأساسية للمجتمعات: التنوع البيولوجي. أحد مقاييس التنوع البيولوجي الذي يستخدمه علماء البيئة هو عدد الأنواع المختلفة في منطقة معينة ووفرتها النسبية. يمكن أن تكون المنطقة المعنية موطنًا أو منطقة حيوية أو المحيط الحيوي بأكمله. ثراء الأنواع هو المصطلح المستخدم لوصف عدد الأنواع التي تعيش في موطن أو وحدة أخرى. يختلف ثراء الأنواع في جميع أنحاء العالم (الشكل$\PageIndex{11}$). لقد كافح علماء البيئة لفهم محددات التنوع البيولوجي. يرتبط ثراء الأنواع بخط العرض: يحدث أكبر ثراء للأنواع بالقرب من خط الاستواء ويحدث أدنى ثراء بالقرب من القطبين. تؤثر العوامل الأخرى على ثراء الأنواع أيضًا. تحاول الجغرافيا الحيوية للجزيرة شرح ثراء الأنواع الكبير الموجود في الجزر المعزولة، وقد وجدت علاقات بين ثراء الأنواع وحجم الجزيرة والمسافة من البر الرئيسي.

الوفرة النسبية للأنواع هي عدد الأفراد في الأنواع بالنسبة إلى إجمالي عدد الأفراد في جميع الأنواع داخل النظام. غالبًا ما تحتوي الأنواع الأساسية، الموضحة أدناه، على أعلى وفرة نسبية من الأنواع.

الشكل$\PageIndex{11}$: يرتبط أغنى الأنواع للثدييات في أمريكا الشمالية بخطوط العرض الاستوائية. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا، CIESIN، جامعة كولومبيا)

أنواع المؤسسة

تعتبر أنواع الأساسات «القاعدة» أو «حجر الأساس» للمجتمع، ولها التأثير الأكبر على هيكله العام. غالبًا ما يكونون منتجين أساسيين، وعادة ما يكونون كائنًا وفيرًا. على سبيل المثال، عشب البحر، وهو نوع من الطحالب البنية، هو أحد الأنواع الأساسية التي تشكل أساس غابات عشب البحر قبالة سواحل كاليفورنيا.

قد تقوم أنواع الأساس بتعديل البيئة ماديًا لإنتاج والحفاظ على الموائل التي تفيد الكائنات الحية الأخرى التي تستخدمها. تشمل الأمثلة عشب البحر الموصوف أعلاه أو أنواع الأشجار الموجودة في الغابة. توفر الشعاب المرجانية ذات التمثيل الضوئي للشعاب المرجانية أيضًا هيكلًا عن طريق تعديل البيئة ماديًا (الشكل$\PageIndex{12}$). تشكل الهياكل الخارجية للمرجان الحي والميت معظم هيكل الشعاب المرجانية، الذي يحمي العديد من الأنواع الأخرى من الأمواج وتيارات المحيط.

الشكل$\PageIndex{12}$: المرجان هو النوع الأساسي للنظم البيئية للشعاب المرجانية. (مصدر الصورة: جيم إي ماراغوس، USFWS)

أنواع كيستون

الأنواع الأساسية هي تلك التي يكون لوجودها تأثير مفرط في الحفاظ على انتشار الأنواع المختلفة في النظام البيئي، وهيكل المجتمع البيئي، وأحيانًا التنوع البيولوجي. يعتبر Pisaster ochraceus، نجم البحر المدي، من الأنواع الأساسية في الجزء الشمالي الغربي من الولايات المتحدة (الشكل$\PageIndex{13}$). أظهرت الدراسات أنه عندما تتم إزالة هذا الكائن الحي من المجتمعات، تزداد أعداد بلح البحر (فريسته الطبيعية)، مما يغير تكوين الأنواع تمامًا ويقلل من التنوع البيولوجي. ومن الأنواع الأساسية الأخرى أسماك التترا ذات النطاقات، وهي سمكة في تيارات استوائية، توفر تقريبًا كل الفسفور، وهو عنصر غذائي غير عضوي ضروري، لبقية المجتمع. تتغذى التترا ذات النطاقات بشكل كبير على الحشرات من النظام البيئي الأرضي ثم تفرز الفوسفور في النظام البيئي المائي. ستتغير العلاقات بين السكان في المجتمع، وربما التنوع البيولوجي، بشكل كبير إذا انقرضت هذه الأسماك.

الشكل$\PageIndex{13}$: يعتبر نجم البحر Pisaster Ochraceus من الأنواع الأساسية. (تصوير: جيري كيركهارت)

علم الأحياء في العمل: الأنواع الغازية

الأنواع الغازية هي كائنات غير أصلية، عند إدخالها إلى منطقة خارج نطاقها الأصلي، تغير المجتمع الذي تغزوه. في الولايات المتحدة، أدت الأنواع الغازية مثل اللوزستريف الأرجواني (Lythrum salicaria) وبلح البحر الزيبرا (Dreissena polymorpha) إلى تغيير النظم البيئية المائية، وتتعرض بعض الغابات للتهديد بسبب انتشار النبق الشائع (Rhamnus cathartica) وخردل الثوم ( ألياريا بيتيولاتا). تشمل بعض الحيوانات الغازية المعروفة حفار الرماد الزمردي (Agrilus planipennis) والزرزور الأوروبي (Sturnus vulgaris). سواء كنت تستمتع بنزهة في الغابة، أو القيام برحلة صيفية على متن قارب، أو مجرد المشي في شارع حضري، فمن المحتمل أنك واجهت نوعًا من الأنواع الغازية.

واحدة من العديد من عمليات الانتشار الحديثة للأنواع الغازية تتعلق بالكارب الآسيوي في الولايات المتحدة. تم إدخال الكارب الآسيوي إلى الولايات المتحدة في السبعينيات من خلال مصايد الأسماك (أحواض سمك السلور التجارية) ومن خلال مرافق معالجة مياه الصرف الصحي التي استخدمت قدرات تغذية المرشحات الممتازة للأسماك لتنظيف أحواضها من العوالق الزائدة. هربت بعض الأسماك، وبحلول الثمانينيات استعمرت العديد من الممرات المائية في حوض نهر المسيسيبي، بما في ذلك نهري إلينوي وميسوري.

يمكن للكارب الآسيوي أن يتفوق على الأنواع المحلية للحصول على الغذاء ويمكن أن يؤدي إلى انقراضها، وذلك بفضل ما يتميز به من مغذيات شرهة وتكاثر سريع. يتغذى أحد الأنواع، وهو الكارب العشبي، على العوالق النباتية والنباتات المائية. تتنافس مع الأنواع المحلية على هذه الموارد وتغير موائل الحضانة للأسماك الأخرى عن طريق إزالة النباتات المائية. وهناك نوع آخر، وهو الكارب الفضي، يتنافس مع الأسماك المحلية التي تتغذى على العوالق الحيوانية. في بعض أجزاء نهر إلينوي، يشكل الكارب الآسيوي 95 في المائة من الكتلة الحيوية للمجتمع. على الرغم من أن الأسماك صالحة للأكل، إلا أنها عظمية وغير مرغوب فيها في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك، يهدد وجودها الآن الأسماك ومصايد الأسماك المحلية في البحيرات الكبرى، والتي تعتبر مهمة للاقتصادات المحلية والصيادين الترفيهيين. حتى أن الكارب الآسيوي أصاب البشر. دفعت الأسماك، التي تخاف من صوت اقتراب الزوارق البخارية، نفسها في الهواء، وغالبًا ما تهبط في القارب أو تصطدم مباشرة بالزوارق.

تتعرض البحيرات العظمى ومصايد السلمون والتراوت الثمينة للتهديد من قبل الكارب الآسيوي. لم يتواجد الكارب بعد في البحيرات العظمى، وتُبذل محاولات لمنع وصوله إلى البحيرات من خلال سفينة شيكاغو والقناة الصحية، وهي الرابط الوحيد بين نهر المسيسيبي وأحواض البحيرات العظمى. لمنع الكارب الآسيوي من مغادرة القناة، تم استخدام سلسلة من الحواجز الكهربائية لتثبيط هجرته؛ ومع ذلك، فإن التهديد كبير بما يكفي لدرجة أن العديد من الولايات وكندا رفعت دعوى قضائية لقطع قناة شيكاغو بشكل دائم عن بحيرة ميشيغان. لقد ركز السياسيون المحليون والوطنيون على كيفية حل المشكلة. بشكل عام، كانت الحكومات غير فعالة في منع أو إبطاء إدخال الأنواع الغازية.

تُظهر القضايا المرتبطة بالكارب الآسيوي كيف تتقاطع البيئة السكانية والمجتمعية وإدارة مصايد الأسماك والسياسة حول القضايا ذات الأهمية الحيوية للإمدادات الغذائية البشرية والاقتصاد. تستفيد القضايا الاجتماعية والسياسية مثل الكارب الآسيوي بشكل مكثف من علوم البيئة السكانية ودراسة أعضاء نوع معين يحتل موطنًا؛ والبيئة المجتمعية، ودراسة تفاعل جميع الأنواع داخل الموطن.

ديناميكا المجتمع

ديناميات المجتمع هي التغييرات في بنية المجتمع وتكوينه بمرور الوقت، وغالبًا ما تتبع الاضطرابات البيئية مثل البراكين والزلازل والعواصف والحرائق وتغير المناخ. يقال إن المجتمعات التي لديها عدد ثابت نسبيًا من الأنواع في حالة توازن. يكون التوازن ديناميكيًا مع تغير هويات الأنواع والعلاقات بمرور الوقت، مع الحفاظ على أرقام ثابتة نسبيًا. بعد حدوث اضطراب، قد يعود المجتمع أو لا يعود إلى حالة التوازن.

تصف الخلافة الظهور المتسلسل واختفاء الأنواع في المجتمع بمرور الوقت بعد اضطراب شديد. في المراحل الأولية، يتم استعمار الصخور المكشوفة حديثًا أو المتكونة حديثًا بواسطة الكائنات الحية؛ وفي حالة التتابع الثانوي، يتعرض جزء من النظام البيئي للاضطراب وتبقى بقايا المجتمع السابق. في كلتا الحالتين، هناك تغيير متسلسل في الأنواع حتى يتطور مجتمع دائم إلى حد ما.

الخلافة الأولية والأنواع الرائدة

تحدث الخلافة الأولية عندما تتشكل أرض جديدة، على سبيل المثال، بعد ثوران البراكين، مثل تلك الموجودة في جزيرة هاواي الكبيرة. مع تدفق الحمم البركانية إلى المحيط، تتشكل أرض جديدة باستمرار. في الجزيرة الكبيرة، يتم إضافة ما يقرب من 32 فدانًا من الأراضي إلى حجمها كل عام. تؤدي العوامل الجوية والقوى الطبيعية الأخرى إلى تكسير الصخور بما يكفي لتكوين أنواع دسمة مثل الأشنات وبعض النباتات المعروفة باسم الأنواع الرائدة (الشكل$\PageIndex{14}$). تساعد هذه الأنواع على زيادة تكسير الحمم الغنية بالمعادن إلى تربة حيث ستنمو الأنواع الأخرى الأقل صلابة ولكن الأكثر تنافسية، مثل الأعشاب والشجيرات والأشجار، وتحل في النهاية محل الأنواع الرائدة. مع مرور الوقت ستصل المنطقة إلى حالة توازن، مع مجموعة من الكائنات الحية المختلفة تمامًا عن الأنواع الرائدة.

الشكل$\PageIndex{14}$: خلال التعاقب الأولي في الحمم البركانية في ماوي، هاواي، تعتبر النباتات النضرة من الأنواع الرائدة. (تصوير: فورست وكيم ستار)

الخلافة الثانوية

مثال كلاسيكي للخلافة الثانوية يحدث في غابات البلوط والجوز التي تم تطهيرها بواسطة حرائق الغابات (الشكل$\PageIndex{15}$). ستؤدي حرائق الغابات إلى حرق معظم الغطاء النباتي، وما لم تتمكن الحيوانات من الفرار من المنطقة، فإنها تُقتل. ومع ذلك، يتم إرجاع مغذياتها إلى الأرض على شكل رماد. وبالتالي، على الرغم من أن المجتمع قد تغير بشكل كبير، إلا أن هناك نظامًا بيئيًا للتربة يوفر أساسًا لإعادة الاستعمار السريع.

قبل الحريق، كانت الأشجار العالية تهيمن على الغطاء النباتي مع إمكانية الوصول إلى مصدر الطاقة النباتي الرئيسي: ضوء الشمس. أتاح لهم ارتفاعهم الوصول إلى ضوء الشمس مع تظليل الأرض والأنواع المنخفضة الأخرى. لكن بعد الحريق، لم تعد هذه الأشجار مهيمنة. وبالتالي، فإن النباتات الأولى التي تنمو مرة أخرى عادة ما تكون نباتات سنوية تليها في غضون بضع سنوات الأعشاب سريعة النمو والانتشار والأنواع الرائدة الأخرى. نظرًا، جزئيًا على الأقل، للتغيرات في البيئة الناتجة عن نمو الأعشاب والأعشاب، على مدى سنوات عديدة، تظهر الشجيرات جنبًا إلى جنب مع أشجار الصنوبر والبلوط والجوز الصغيرة. تسمى هذه الكائنات الحية الأنواع الوسيطة. في نهاية المطاف، على مدى 150 عامًا، ستصل الغابة إلى نقطة التوازن وتشبه المجتمع قبل الحريق. يشار إلى حالة التوازن هذه باسم مجتمع الذروة، والذي سيبقى حتى الاضطراب التالي. عادةً ما يكون مجتمع الذروة سمة مميزة لمناخ وجيولوجيا معينة. على الرغم من أن المجتمع في حالة توازن يبدو كما هو بمجرد تحقيقه، إلا أن التوازن هو مجتمع ديناميكي مع تغيرات مستمرة في الوفرة وأحيانًا هويات الأنواع. إن عودة النظام البيئي الطبيعي بعد الأنشطة الزراعية هي أيضًا عملية تعاقب ثانوية موثقة جيدًا.

الشكل$\PageIndex{15}$: يظهر التعاقب الثانوي في غابة البلوط والجوز بعد حريق الغابة. تم تصوير سلسلة من المجتمع الموجود ثلاث مرات متتالية في نفس الموقع.

ملخص القسم

تشمل المجتمعات جميع الأنواع المختلفة التي تعيش في منطقة معينة. يشار إلى تنوع هذه الأنواع بالتنوع البيولوجي. طورت العديد من الكائنات الحية دفاعات ضد الافتراس والحيوانات العاشبة، بما في ذلك الدفاعات الميكانيكية والتلوين التحذيري والتقليد. لا يمكن أن يوجد نوعان إلى أجل غير مسمى في نفس الموطن يتنافسان مباشرة على نفس الموارد. قد تشكل الأنواع علاقات تكافلية مثل التعايش أو التبادلية أو التطفل. يتم وصف هيكل المجتمع من خلال أساسه وأنواعه الأساسية. تستجيب المجتمعات للاضطرابات البيئية بالتتابع: المظهر المتوقع لأنواع مختلفة من الأنواع النباتية، حتى يتم إنشاء هيكل مجتمعي مستقر.

مسرد المصطلحات

مجتمع الذروة

المرحلة الأخيرة من الخلافة، حيث يتم تشكيل مجتمع مستقر من خلال تشكيلة مميزة من الأنواع النباتية والحيوانية

مبدأ الاستبعاد التنافسي

لا يمكن أن يتعايش نوعان داخل الموطن إلى أجل غير مسمى عندما يتنافسان على نفس الموارد في نفس الوقت والمكان

اضطراب بيئي

تغيير في البيئة بسبب الكوارث الطبيعية أو الأنشطة البشرية

أنواع الأساس

أحد الأنواع التي غالبًا ما تشكل الجزء الهيكلي الرئيسي من الموطن

كثرة

كائن حي يعيش عليه الطفيل

الجغرافيا الحيوية للجزيرة

دراسة الحياة على سلاسل الجزر وكيفية تفاعل جغرافيتها مع تنوع الأنواع الموجودة هناك

أنواع كيستون

نوع يعد وجوده أمرًا أساسيًا للحفاظ على التنوع البيولوجي في النظام البيئي ودعم بنية المجتمع البيئي

تقليد

تكيف يبدو فيه الكائن الحي وكأنه كائن حي آخر يكون خطيرًا أو سامًا أو كريهًا للحيوانات المفترسة

مشاركة

علاقة تكافلية بين نوعين حيث يستفيد كلا النوعين

طفيلي

كائن حي يستخدم موارد من نوع آخر: المضيف

الأنواع الرائدة

أول نوع يظهر في تعاقب ابتدائي وثانوي

الخلافة الأولية

الخلافة على الأرض التي لم تكن لها حياة في السابق

وفرة الأنواع النسبية

حجم السكان المطلق لنوع معين بالنسبة لحجم سكان الأنواع الأخرى داخل المجتمع

الخلافة الثانوية

التعاقب في الاستجابة للاضطرابات البيئية التي تبعد المجتمع عن توازنه

ثراء الأنواع

عدد الأنواع المختلفة في المجتمع

المساهمون والصفات

• Template:ContribOpenStaxConcepts