Дифференциация экологических ниш на примере донных сообществ Среднего и Нижнего Поволжья

Обсуждается использование концепции экологических ниш Гринелла для анализа таксономической структуры сообществ и их связи с факторами окружающей среды. Моделирование экологических ниш осуществлялось с использованием результатов 30-летних исследований сообществ макрозообентоса на 90 малых и 12 средних равнинных реках в районе Куйбышевского, Саратовского и Волгоградского водохранилищ. В качестве абиотических факторов рассматривались геоклиматические показатели, характеристики рельефа и гидрохимические оценки качества вод в точках отбора проб, где взято 11 переменных, имеющих наименьшую коллинеарность. Многомерное пространство исходных абиотических факторов проецировалось на ортогональные оси первых двух главных компонент и строились ординационные диаграммы с нанесенными на них точками присутствия видов. Модель потенциальной экологической ниши каждого вида представлялась как область в пространстве латентных переменных, в которой индекс пригодности среды обитания Z, оцениваемый по плотности вероятности встречаемости, соответствует заданным ограничениям. Для количественной оценки доли перекрытия ниш, принадлежащих двум разным таксонам бентоса, использовались индексы Шёнера и Хеллингера. Матрица расстояний между перекрываемыми нишами формировалась для всех возможных парных комбинаций из 40 наиболее экологически значимых видов макрозообентоса. Кластерный анализ полученной матрицы дистанций проводился методами иерархической агломерации и нечетких k-средних. В общем многомерном пространстве абиотических переменных изученного региона были выделены 4 области коллективных ниш для групп видов с максимальными расстояниями между их центроидами. Приведен анализ межгрупповой вариации факторов среды и обсуждаются характерные особенности каждой группы: экологическая стратегия, биологические признаки и уровень толерантности.

1. Зинченко Т. Д. Эколого-фаунистическая характеристика хирономид (Diptera, Chironomidae) малых рек бассейна Cредней и Нижней Волги (Атлас). Тольятти : Кассандра, 2011. 258 с.

2. Зинченко Т. Д., Шитиков В. К., Головатюк Л. В. Донные сообщества и абиотические факторы : анализ статистической связи с использованием индекса нестабильности // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2021. Т. 14, № 2. С. 119 – 132. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0344

3. Шитиков В. К. Экологические ниши, их современная интерпретация и моделирование с использованием пакета ecospat. 2021. URL: https://stok1946.blogspot.com/2021/09/blogpost.html (дата обращения: 24.09.2021).

4. Шитиков В. К., Мастицкий С. Э. Классификация, регрессия и другие алгоритмы Data Mining с использованием R. Электронная книга. 2017. 351 с. URL: https://stok1946.blogspot.com (дата обращения: 10.09.2021).

5. Шитиков В. К., Зинченко Т. Д., Головатюк Л. В. Модели совместного распределения видов на примере донных сообществ малых рек волжского бассейна // Журнал общей биологии. 2021 а. Т. 82, № 2. С. 143 – 154.

6. Шитиков В. К., Зинченко Т. Д., Головатюк Л. В. Модели максимальной энтропии и пространственное распределение донных сообществ Средней и Нижней Волги // Российский журнал прикладной экологии. 2021 б. № 2. С. 10 – 16. https://doi.org/10.24852/2411-7374.2021.2.10.16

7. Broennimann O., Fitzpatrick M. C., Pearman P. B., Petitpierre B., Pellissier L., Yoccoz N. G., Thuiller W., Fortin M. J., Randin C., Zimmermann N. E., Graham C. H., Guisan A. Measuring ecological niche overlap from occurrence and spatial environmental data // Global Ecology and Biogeography. 2012. Vol. 21, iss. 4. P. 481 – 497. https://doi.org/10.1111/j.1466-8238.2011.00698.x

8. Brown J. H., Stevens G. C., Kaufman D. M. The geographic range : Size, shape, boundaries, and internal structure // Annual Review of Ecology and Systematics. 1996. Vol. 27. P. 597 – 623.

9. Di Cola V., Broennimann O., Petitpierre B., Breiner F. T., D’Amen M., Randin C., Engler R., Pottier J., Pio D., Dubuis A., Pellissier R. G., Mateo R. G., Hordijk W., Salamin N., Guisan A. Ecospat : An R package to support spatial analyses and modeling of species niches and distributions // Ecography. 2017. Vol. 40, iss. 6. P. 1 – 14. https://doi.org/10.1111/ecog.02671

10. Elton C. Animal Ecology. London : Sedgwick and Jackson, 1927. 256 p.

11. Franklin J. Mapping Species Distributions : Spatial Inference and Prediction. Cambridge : Cambridge University Press, 2009. 320 p.

12. Gaston K. J. The Structure and Dynamics of Geographic Ranges. Oxford : Oxford University Press, 2003. 266 p.

13. Golovatyuk L. V., Shitikov V. K., Zinchenko T. D. Estimation of the zonal distribution of species of bottom communities in lowland rivers of the Middle and Lower Volga basin // Biology Bulletin. 2018. Vol. 45, iss. 10. Р. 1262 – 1268. https://doi.org/10.1134/S1062359018100126

14. Grinnell J. Field tests of theories concerning distributional control // American Naturalist. 1917. Vol. 51. P. 115 – 128.

15. Grinnell J. Geography and evolution // Ecology. 1924. Vol. 5. P. 225 – 229.

16. Guisan A., Thuiller W. Predicting species distribution : Offering more than simple habitat models // Ecology Letters. 2005. Vol. 8, iss. 9. P. 993 – 1009. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2005.00792.x

17. Guisan A., Thuiller W., Zimmermann N. E. Habitat suitability and distribution models : With applications in R. Cambridge : Cambridge University Press, 2017. 478 p.

18. Hijmans R. J., Cameron S. E., Parra J. L., Jones P. G., Jarvis A. Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas // International Journal of Climatology. 2005. Vol. 25, iss. 15. P. 1965 – 1978. https://doi.org/10.1002/joc.1276

19. Hutchinson G. E. Concluding remarks // Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 1957. Vol. 22. P. 415 – 427. https://doi.org/10.1101/SQB.1957.022.01.039

20. Hutchinson G. E. An Introduction to Population Ecology. New Haven : Yale University Press, 1978. 256 p.

21. Melo-Merino S. M., Reyes-Bonilla H., Lira-Noriega A. Ecological niche models and species distribution models in marine environments : A literature review and spatial analysis of evidence // Ecological Modelling. 2020. Vol. 415. Article number 108837. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2019.108837

22. Peterson A. T., Soberón J. Species distribution modeling and ecological niche modeling : Getting the concepts right // Journal for Nature Conservation. 2012. Vol. 10, iss. 2. P. 102 – 107. https://doi.org/10.4322/natcon.2012.019

23. Peterson A. T., Soberón J., Pearson R. G., Anderson R. P., Martínez-Meyer E., Nakamura M., Araújo M. B. Ecological Niches and Geographic Distributions (MPB-49). Princeton : Princeton University Press, 2011. 328 p.

24. Petrosyan V. G., Osipov F. A., Bobrov V. V., Dergunova N. N., Omelchenko A. V., Varshavskiy A. A., Daniekyan F. D., Arakelyan M. S. Species distribution models and niche partitioning among unisexual Darevskia dahli and its parental bisexual (D. portschinskii, D. mixta) rock lizards in the Caucasus // Mathematics. 2020. Vol. 8, iss. 8. Article number 1329. https://doi.org/10.3390/MATH8081329

25. Soberón J. Grinnellian and Eltonian niches and geographic distributions of species // Ecology Letters. 2007. Vol. 10, iss. 12. P. 1115 – 1123. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2007.01107.x

26. Warren D. L., Glor R. E., Turelli M. Environmental niche equivalency versus conservatism : Quantitative approaches to niche evolution // Evolution. 2008. Vol. 62, iss. 11. P. 2868 – 2883. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2008.00482.x