Tương tác giữa các loài: Cạnh tranh và Ăn thịt

Khi hai loài chia sẻ tài nguyên hoặc một loài tiêu thụ loài kia, động lực quần thể của chúng trở nên gắn kết, tạo ra sự loại trừ cạnh tranh, cùng tồn tại, hoặc các dao động liên kết giữa kẻ săn mồi và con mồi của chúng.

Definition

Tương tác giữa các loài trong chủ đề này là những ảnh hưởng về mặt nhân khẩu học mà các loài cạnh tranh và các cặp sinh vật tiêu thụ-tài nguyên gây ra đối với sự tăng trưởng quần thể của nhau, được phân tích thông qua các mô hình cạnh tranh và ăn thịt được ghép nối.

Scope

Chủ đề này bao gồm các tương tác giữa hai loài có ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến động lực quần thể: cạnh tranh giữa các loài để giành tài nguyên chung, và tương tác giữa sinh vật tiêu thụ-tài nguyên bao gồm ăn thịt, ăn thực vật và ký sinh. Nó đề cập đến các phương trình cạnh tranh và ăn thịt Lotka-Volterra, nguyên tắc loại trừ cạnh tranh, cạnh tranh tài nguyên và cạnh tranh rõ ràng, phản ứng chức năng và số lượng của kẻ săn mồi, và các điều kiện để cùng tồn tại ổn định hoặc động lực theo chu kỳ.

Core questions

• Khi nào cạnh tranh dẫn đến loại trừ so với cùng tồn tại của các loài?
• Các phương trình Lotka-Volterra mô tả cạnh tranh và ăn thịt như thế nào?
• Phản ứng chức năng của kẻ săn mồi định hình động lực săn mồi-con mồi như thế nào?
• Điều gì ổn định hoặc làm mất ổn định các chu kỳ sinh vật tiêu thụ-tài nguyên?

Key theories

Nguyên tắc loại trừ cạnh tranh

Hai loài cạnh tranh cùng một tài nguyên giới hạn duy nhất không thể cùng tồn tại vô thời hạn; loài cạnh tranh hiệu quả hơn sẽ thay thế loài kia trừ khi sự khác biệt về niche hoặc các cơ chế khác làm giảm bớt sự cạnh tranh.

Động lực Lotka-Volterra và các phản ứng chức năng

Các phương trình ghép nối liên kết mật độ kẻ săn mồi và con mồi thông qua tỷ lệ tấn công và chuyển đổi, và phản ứng chức năng của kẻ săn mồi—cách tỷ lệ tiêu thụ của nó bão hòa theo mật độ con mồi—xác định liệu tương tác có tạo ra trạng thái cân bằng ổn định hay dao động.

Mechanisms

Trong cạnh tranh, mỗi loài làm suy giảm tài nguyên chung và do đó làm giảm sự tăng trưởng trên đầu người của loài kia; kết quả phụ thuộc vào hệ số cạnh tranh và sức chứa, với sự cùng tồn tại đòi hỏi mỗi loài tự giới hạn bản thân nhiều hơn đối thủ cạnh tranh của nó. Trong ăn thịt, sự tăng trưởng của con mồi bị giảm tỷ lệ thuận với số lần gặp kẻ săn mồi trong khi sự tăng trưởng của kẻ săn mồi phụ thuộc vào con mồi bị tiêu thụ; các phản ứng chức năng của Holling mô tả cách lượng thức ăn trên mỗi kẻ săn mồi tăng và bão hòa theo mật độ con mồi, và thời gian xử lý cũng như nơi trú ẩn của con mồi điều chỉnh sự ổn định.

Clinical relevance

Hiểu biết về cạnh tranh và ăn thịt cung cấp thông tin cho việc kiểm soát dịch hại sinh học, quản lý các loài xâm lấn, bảo tồn nghề cá và động vật ăn thịt, và dự đoán cách việc loại bỏ hoặc thêm một loài sẽ định hình lại một quần xã. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là quy định quản lý.

History

Lotka và Volterra đã độc lập đưa ra các phương trình cạnh tranh và săn mồi-con mồi vào những năm 1920, và Gause đã thử nghiệm chúng một cách thực nghiệm với động vật nguyên sinh vào những năm 1930, hình thành nguyên tắc loại trừ cạnh tranh. Holling đã mô tả các phản ứng chức năng của kẻ săn mồi vào năm 1959, và lý thuyết cạnh tranh tài nguyên của Tilman vào những năm 1980 đã đặt nền tảng cho sự cùng tồn tại trong việc sử dụng tài nguyên.

Debates

Mức độ quan trọng của cạnh tranh trong việc cấu trúc tự nhiên?

Tầm quan trọng tương đối của cạnh tranh so với ăn thịt, nhiễu loạn và ngẫu nhiên trong việc xác định thành phần quần xã đã được tranh luận sôi nổi, với các thí nghiệm thực địa cho thấy cạnh tranh mạnh mẽ trong một số hệ thống nhưng yếu hoặc không liên tục trong các hệ thống khác.

Key figures

• Alfred Lotka
• Vito Volterra
• Georgy Gause
• C. S. Holling
• David Tilman

Seminal works

• begon2006
• gause1934
• holling1959

Frequently asked questions

Nguyên tắc loại trừ cạnh tranh là gì?

Nó nói rằng hai loài cạnh tranh chính xác cùng một tài nguyên giới hạn không thể cùng tồn tại vô thời hạn; một loài sẽ cạnh tranh vượt trội và loại bỏ loài kia trừ khi chúng khác nhau về cách sử dụng tài nguyên hoặc các yếu tố khác can thiệp.

Phản ứng chức năng của kẻ săn mồi là gì?

Phản ứng chức năng mô tả cách số lượng con mồi bị ăn trên mỗi kẻ săn mồi thay đổi theo mật độ con mồi; nó thường tăng lên và sau đó bão hòa vì việc xử lý mỗi con mồi mất thời gian.