Примеры хищник жертва: Модель «Хищник-жертва» на Node.js / Хабр

Модель «Хищник-жертва» на Node.js / Хабр

Недавно по сети прошел всплеск упоминаний игры Жизнь, в связи в основном с тем, что умер ее создатель.

Время сейчас такое, все стали интересоваться биологией, везде эти графики выживания, ну и у меня из закромов памяти вдруг выбралась интересная модель, по которой когда-то писал курсовую.

Модель похожа на Жизнь тем, что это такой же циклический процесс, на который можно смотреть как на огонь, бесконечно медитировать и размышлять о вечном.

Это — Хищник-жертва, вполне себе серьезная модель из прикладной математики (Predator-prey в англоязычном мире).

Суть процесса заключается в том, что в некотором лесу живет стадо оленей (в альтернативной версии — зайцев, но не суть), которые едят в волю и размножаются безудержно, и рано или поздно заполоняют всю территорию.

Однако в том же лесу есть еще и хищники, которые питаются этими оленями (волки, но для зайцев — обычно лисы).

Пара хищников, оказавшаяся в этом изобильном лесу, очень бодро размножается по экспоненте в соответствии с законом Мальтуса, но в какой-то момент ресурсы-олени начинают иссякать, волки — голодать и вымирать, экспонента стремительно летит вниз и там выживают только самые стойкие.

Загнанные было в угол олени поднимают головы, включают свою экспоненту и начинают доминировать над лесом, но пережившие пост волки на свежем мясе находят в себе силы на новую волну рождаемости… и так по кругу и до бесконечности.

Вот график (утащен с Википедии):

Математическая модель этого процесса была описана в начале 20ого века Лоткой и Вольтеррой и названа в их честь.

Почему эта модель существует уже сотню лет и все равно актуальна?

Основных причины две: она очень простая и описывает процесс достаточно реалистично.

У модели всего четыре параметра:

• альфа) скорость размножения оленей
• бета) скорость поедания оленей волками
• гамма) скорость вымирания голодных волков
• дельта) скорость размножения сытых волков

Модель содержит минимальную нелинейность и считается аналитически. При удачно подобранных параметрах она устойчива (ни олени, ни волки до конца не вымирают) и реалистично описывает динамику колебаний в популяциях.

За сто лет было много попыток сделать что-то более реалистичное — но любое повышение сложности ведет к нелинейной системе более высокого уровня и дальше все упирается в непробиваемые интегральные уравнения, которые решить можно только численными методами.

Есть еще один метод — просто запрограммировать этот процесс как игру.

На самом деле такой подход называется мультиагентным моделированием и вполне годится, чтобы сдать курсовую.

Выбираем технологию

Хочется, чтобы программа имела визуализацию, не только на машине автора, но у как можно большей аудитории, причем чтобы оно все само, при минимальных усилиях и все такое.

Логично, что решением будет запустить программу в браузере и, следовательно, писать ее придется на javascript.

Ну а чтобы не плодить зоопарк технологий, сервер тоже на нем напишем.

Стандартные шаги по установке node.js и всего необходимого описаны на Гитхабе.

Модель оленьего роста

Переходим к самому интересному — размножению. Без хищников у нас мальтузианская модель в условиях ограниченных ресурсов (в мире математики описывается логистической функцией или уравнением Ферхюльста), ее теперь как-то надо применить к агентам.

Можно подобрать вероятностные коэффициенты к каждому оленю и все должно получиться.
Но чем хорошо агентное моделирование — можно задавать именно поведение, не ограничивая себя несколькими коэффициентами.

В общем, модель оленей жизни выглядит так:

• оленям необходимо двигаться. Олень, который не смог сдвинуться с места за единицу времени — погибает (а сдвинуться он не смог бы только потому, что все соседние клетки заняты его друзьями).
• дальше припишем оленям немного деликатности и поставим условие, что размножаться они могут, только если на соседних клетках никого нет.

  breed(u) {
    var spots = MapUtil.get_adj(u.point, this.W, this.H)
    if (!spots || spots.length < 1)
      return false
    var free = spots.filter(p => !this. GM.get(p))
    if (free.length < spots.length)
      return false
    var spot = _.sample(spots)
    if (!spot)
      return false
    var born = new Wild(u.kind)
    born.move(spot)
    this.add_wild(born)
    this.born.push(born)
  }

Дальше сделаем легкий тестовый апп, который создает лесной мир 20×20, запускает в самый центр оленя, и прогоняет 100 циклов, каждый раз печатая статус в csv.

Получившийся csv-файл загоним в Google Spreadsheet и сгенерим график:

Вполне себе экспоненточка получается. Видим, что численность стабилизируется на 200+ оленей, это легко объяснить тем, что необходимость движения требует для оленя не менее двух клеток, а площадь всего леса — 400.

Максимальный прирост случается довольно рано — на 14-15 ходу, а последние 20 ходов численность стоит на месте с незначительнеми колебаниями.

В целом, что хочется подчеркнуть — простейшая агентная модель ведет себя очень реалистично, вполне похожа на логистическую кривую, разбавленную легким шумом.

Но мы сюда не столько за цифрами пришли, сколько за картинками на которые можно смотреть и расслабляться.

Итак, пришло время сделать страничку с картой и графиками, а прогон модели перенести на сервер.

Ставим express и socket.io, а рисовать будем прямо на html5 canvas (с js-движками я не знаком, да и задача не особо сложная).

Смотрим и нервничаем от того, как олени буквально заполоняют лес за считанные итерации, а потом ассимптотически флуктуируют вокруг максимума.

С одной стороны, это всего лишь модель, но кое-где это реальная проблема — достаточно погуглить deers overpopulation и удивиться обилию материала на эту тему.

Эта модель не учитывает деградацию леса, но на самом деле олени довольно жадные потребители — они выедают побеги, вытаптывают землю и в общем разрушают свои леса.

Что делать хозяину леса в таком случае?

Он покупает волков, вешает на каждого gps-датчик и молится, чтобы они не пропали.

Волки

Пора внедрить волка и в нашу модель.

Надо решить две вещи — как волк ест и размножается.

Охотиться просто, когда есть на кого — если в любой соседней клетке есть олень — просто едим его.

Если оленя нет, то можно выжить какой-то период времени.

Для начала положим, что есть волк может каждый ход, но если за два хода не удалось — на обочину эволюции.

С размножением вариантов побольше.

Для начала — уберем деликатность, пусть волки размножаются всегда когда есть свободное место.

И добавим ограничение — голодные волки не размножаются.

Первый блин

Дадим оленям немного размножиться и закинем волка в толпу:

Модель получилась, мягко говоря, неустойчивая — волки моментально выкосили всех оленей и быстренько сами вымерли.

Одно расстройство, никакого дзена.

Вторая попытка

Надо что-то менять.

Режет глаз, какими взрывными темпами плодятся волки.

Немного усложним им жизнь — поставим условие, что размножаться можно только, если на соседних клетках оленей больше чем волков.

    var preys = spots.map(p => this.GM.get(p)).filter(u => u && u.kind == Wilds.DEER)
    var preds = spots.map(p => this.GM.get(p)).filter(u => u && u.kind == Wilds.WOLF)
    if (preys.length <= preds.length)
      return false

И забросим волков, когда оленья популяция достигает максимума.

Эта попытка удалась намного лучше.

Баланс хищников и жертв постоянно в движении, оленья популяция сильно сократилась и теперь даже близко не подбирается к своему максимуму.

Однако случиться может всякое, и почти каждый раз происходит так, что волки умудряются вымереть, а олени вновь торжествующе заполоняют чащу.

Вот в этом прогоне волки продержались долго:

Третий круг

Придется закрутить гайки размножения еще сильней.

Поставим теперь условие: рядом должны быть олени, но не должно быть волков.
Такие вот нежные волки, не терпят конкуренции.

Система получается более устойчивой.

В сравнении с предыдущим графиком пики сглажены как у оленей, так и у волков.

В общем, понятно куда двигаться, чтобы получился такой же гладкий график как в Википедии.
В итоге приходим к банальному выводу — размножаться надо сознательно, а не по максимуму.
Звучит как реклама гедонизма, но можно и дальше понижать плодовитость волков в расчете «на повышение качества и продолжительности их жизни»…

Развертывание

В качестве эпилога — инструкция по развертыванию.

Она очень короткая:

1. Пишем простенький докер-файл:

FROM node:14
ADD https://github.com/tprlab/predator-prey/archive/master.zip /
RUN unzip /master.zip
WORKDIR /predator-prey-master
RUN npm install
EXPOSE 8081
CMD ["node", "server.js"]

2. docker build. -t predator-prey

3. docker run -p 8081:8081 predator-prey

Для самых ленивых я собрал и выложил образ на Docker Hub

Если не хочется возиться с докером — на странице репо (ссылка ниже) есть инструкция по установке с нуля.

Ссылки

• Модель Хищник-жертва
• Модель Лотки-Вольтерры
• Репо на Гитхабе

Отношения хищник-жертва, паразит-хозяин — Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. Учебник

Н.М. Чернова, А.М. Былова

Общая экология. Учебник
М.: Дрофа, 2004

Предыдущая

Оглавление

Следующая

Содержание статьи:

• 1 Глава 7. Биоценозы
  • 1.1 7.3. Отношения организмов в биоценозах
    • 1.1.1 7.3.1. Отношения хищник-жертва, паразит-хозяин

7.3.1. Отношения хищник-жертва, паразит-хозяин

Отношения типа хищник-жертва, паразит-хозяин – это прямые пищевые связи, которые для одного из партнеров имеют отрицательные, а для другого – положительные последствия. По существу, к этому типу экологических взаимодействий можно отнести все варианты пищевых связей. Хотя пасущуюся на лугу корову и дятла, добывающего личинок из-под коры дерева, обычно не называют хищниками, тот тип взаимоотношений, в которые они вступают с организмами, служащими им пищей, имеет много общего с отношениями хищника и его жертв. Поэтому в западной литературе связь хищник– жертва понимается обычно в широком смысле, включая все формы добывания пищи. Они, в свою очередь, подразделяются на несколько категорий: 1) истинное хищничество, или хищничество в узком смысле слова; 2) паразитизм; 3) собирательство и 4) пастьба.

Хищниками обычно называют животных, питающихся другими животными, которых они ловят и умерщвляют. Для хищников характерно специальное охотничье поведение.

Добыча жертвы требует от них значительных затрат энергии на поиск, погоню, захват, преодоление сопротивления жертв.

Если размеры жертв намного меньше размеров питающихся ими животных, численность объектов питания высока и сами они легкодоступны – в этом случае деятельность плотоядного вида превращается в поиск и простой сбор добычи и называется собирательство.

Собирательство требует затрат энергии в основном на поиск, а не на захват пищи. Такое «собирание» характерно, например, для ряда насекомоядных птиц – куликов-зуйков, ржанок, зябликов, коньков и др. Однако между типичным хищничеством и типичным собирательством у плотоядных существует множество промежуточных способов добывания пищи. Например, ряд насекомоядных птиц характеризуется охотничьим поведением при поимке насекомых (стрижи, ласточки). Сорокопуты, мухоловки подстерегают и затем нагоняют жертву как типичные хищники. С другой стороны, способ питания плотоядных собирателей очень похож на собирание неподвижной пищи растительноядными животными, например семеноядными птицами или грызунами (горлица, сизый голубь, чечевица, лесная мышь, хомяки и др.), для которых также характерны специализированные поисковые формы поведения.

К собирательству можно отнести фильтрационное питание водных животных, седиментацию, или осаждение водной взвеси, сбор пищи илоедами или дождевыми червями. К нему же примыкает так называемое хищничество растений. У многих растений при недостатке азота в питании развиты способы улавливания и фиксации прилетающих к ним насекомых и переваривание белков их тел протеолитическими ферментами (пузырчатки, росянки, непентесы, венерина мухоловка и др. ).

По способу овладения пищевыми объектами собирательство приближается к типичной пастьбе фитофагов. Специфика пастьбы заключается в поедании неподвижного корма, находящегося в относительном изобилии, на поиски которого не приходится тратить много усилий. С экологической точки зрения такой способ питания характерен как для стада копытных на лугу, так и для листогрызущих гусениц в кроне дерева или личинок божьих коровок в колониях тлей.

Таким образом, несмотря на экологическую специфичность разных способов питания, они связаны между собой всевозможными переходами, а иногда встречаются вместе у одного и того же вида. Такие же переходы можно встретить в природе между типичным хищничеством и паразитизмом.

Паразитизм такая форма связей между видами, при которой организм-потребитель использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного обитания (рис. 85). По существу, типичный паразитический характер имеют связи насекомых-вредителей с растениями. Паразиты обычно намного мельче своего хозяина.

Рис. 85. Паразиты певчих птиц

Во взаимоотношениях хищник-жертва, паразит-хозяин наиболее ярко проявляется эволюционная и экологическая роль пищевых связей организмов. Хищничество, связанное с активным поиском и энергичными способами овладения сопротивляющейся и убегающей добычей, ведет к выработке разнообразных экологических адаптаций как у жертв, так и у их потребителей. При активном способе защиты от врагов естественный отбор способствует развитию у жертв органов чувств, быстроты реакции, скорости бега, инстинктов обманного поведения, что сопровождается совершенствованием нервной системы и ведет к прогрессивной эволюции группы.

При пассивном способе защиты развиваются покровительственная окраска, твердые панцири, шипы, иглы, инстинкты затаивания, использования недоступных хищникам убежищ и т. п. Некоторые из этих способов защиты характерны не только для малоподвижных или сидячих видов, но и для активно спасающихся от врагов животных.

Защитные адаптации у потенциальных жертв весьма разнообразны, иногда очень сложны и неожиданны. Например, каракатицы, спасаясь от преследующего хищника, опорожняют свой чернильный мешок. По гидродинамическим законам жидкость, выброшенная из мешка быстро плывущим животным, некоторое время не расплывается, приобретая форму обтекаемого тела, по размерам близкого к самой каракатице. Обманутый темным контуром, оказавшимся перед глазами, хищник «хватает» чернильную жидкость, наркотизирующее действие которой на время вообще лишает его возможности ориентироваться в окружающей среде. Своеобразен способ защиты у рыб-иглобрюхов. Их укороченное тело покрыто прилегающими шипами. Большой мешок, отходящий от желудка, позволяет этим рыбам в случае опасности раздуваться в шар, заглатывая воду; при этом их иглы расправляются и делают животное практически неуязвимым для хищника. Попытка крупной рыбы схватить иглобрюха может кончиться для нее смертью от застрявшего в глотке колючего шара.

В свою очередь, трудность обнаружения и поимки жертв способствует у хищников отбору на лучшее развитие органов чувств (зоркость, тонкий слух, чутье и т.  д.), на более быструю реакцию на добычу, выносливость при преследовании и т. п. Таким образом, экологические связи хищников и жертв направляют ход эволюции сопряженных видов.

Хищники обладают обычно широким спектром питания. Добыча жертв требует много сил и энергии. Специализация ставила бы хищников в сильную зависимость от численности определенного вида жертв. Поэтому большинство видов, ведущих хищный образ жизни, способно переключаться с одной добычи на другую, особенно на ту, которая в данный период более доступна и многочисленна. Правда, у многих хищников есть предпочитаемые виды жертв, которых они добывают чаще, чем других. Эта избирательность может быть обусловлена разными причинами. Во-первых, хищник активно выбирает наиболее полноценную в кормовом отношении пищу. Например, нырковые утки и сиговые рыбы в северных водоемах выбирают среди водных беспозвоночных преимущественно личинок комаров-хирономид (мотыль), и их желудки иногда бывают наполнены мотылем, несмотря на наличие в водоеме и другого корма.

Характер пищи может быть обусловлен также пассивной избирательностью: хищник в первую очередь поедает такие корма, к добыче которых он наиболее приспособлен. Так, многие воробьиные питаются всеми насекомыми, обитающими открыто на поверхности почвы, на траве, листьях и т. п., но не поедают почвенных беспозвоночных, для добычи которых нужны специальные приспособления. Наконец, третьей причиной пищевой избирательности хищников может быть активное переключение на наиболее массовую добычу, появление которой стимулирует охотничье поведение. При высокой численности леммингов даже соколы-сапсаны, основной способ охоты которых – добывание птиц в воздухе, начинают охотиться на леммингов, схватывая их с земли. Способность переключения с одного вида добычи на другой – одно из необходимых экологических приспособлений в жизни хищников.

Паразитизм, в отличие от хищничества, характеризуется более узкой специализацией видов. Поскольку хозяин обеспечивает паразиту не только пищу, но и микроклимат, защиту и т.  п., то чем лучше приспособленность паразита к особенностям организма хозяина, тем вероятнее его успех в размножении и оставлении потомства.

Тесная связь паразита с хозяином имеет следствием отбор двоякого рода. Среди паразитов получают преимущество те, которые способны более полно и длительно использовать хозяина, не приводя его к слишком ранней гибели и обеспечивая тем самым себе наилучшее существование. Иными словами, паразит изнуряет, но не губит хозяина. В свою очередь, отбор на сопротивляемость организма хозяина также приводит к тому, что вред от присутствия в нем паразита становится все менее и менее ощутимым. В ходе эволюции первоначально острые отношения хозяина и паразита могут перейти в нейтральные, а порой даже во взаимополезную постоянную связь двух видов. Примером такой смягченной историческим ходом развития системы паразит – хозяин могут служить трипаносомы в крови африканских антилоп, которые не приносят ощутимого вреда этим животным. В то же время у человека после передачи ему трипаносом переносчиком – мухой-цеце развивается смертельная «сонная болезнь». Показано, что умеренное объедание листвы насекомыми стимулирует ростовые процессы, в результате чего растения более полно развивают фотосинтетический аппарат, таким образом, некоторая степень «вреда» от насекомых-фитофагов даже полезна растительности.

Катастрофический вред от паразитов выражен преимущественно лишь в тех связях, которые еще не стабилизированы длительным ходом естественного отбора. Поэтому случайно завезенные вредители поражают сельскохозяйственные растения или животных часто намного сильнее, чем местные.

Среди многообразных форм паразитических отношений есть и такие, при которых гибель хозяина – обязательное следствие пребывания в нем паразита. Этот тип связей особенно распространен у насекомых, откладывающих свои яйца в яйца или личинки других. Такие насекомые получили название паразитоидов. Гибель хозяина обусловлена малым запасом в нем пищи, которой едва хватает на развитие одной или немногих личинок вида-потребителя.

Паразитизм, таким образом, связан всевозможными переходами с другими типами взаимоотношений.

Основная экологическая роль хищничества, паразитизма и других вариантов пищевых связей в сообществах заключается в том, что, последовательно питаясь друг другом, живые организмы создают условия для круговорота веществ, без которого невозможна жизнь. Вторая не менее важная роль этих отношений – взаимная регуляция численности видов.

Предыдущая

Оглавление

Следующая

Отношения между хищником и добычей — Молодой натуралист

 

---

Будь то бегун, проглатывающий ящерицу, синий краб, поедающий рыбу, американская белая цапля, ловящая окуня, акула, исследующая возмущение поверхности, которое может быть едой, или человек загоняет корову на убой, хищник убивает, чтобы прокормить себя или свою семью.

В плане Природы нет такого понятия, как хорошее или плохое животное. Есть только те животные, которые убивают, чтобы поесть (хищники) и те, которых убивают и съеден (добыча). Нам несправедливо судить об их естественных действиях по выживанию. нашими собственными представлениями о том, что хорошо и что плохо, или решить, что все хищники злодеи.

Когда койот гонится, ловит, убивает и ест милый пушистый кролик, это не намеренно жестокий. это только встреча его физическая потребность в еда с чем угодно доступны в то время. Его еда могла так же легко был мышью, крыса или другое мелкое существо если один из этих других животные были ближе или легче поймать.

Есть ли разница между голодной горой лев преследует, убивает, и съесть оленя и выслеживание охотников, стрельба, и взять оленя домой для его семья, чтобы поесть? Оба горный лев и человек-охотник — хищник, использование оленей в пищу. Вы можете подумать, что с тех пор ты не охотник, ты не хищник. Как про говядину, свинину, баранину, рыба или курица, которую вы едите ежедневно? Просто потому, что ты не убивайте животное самостоятельно не делает тебя меньше хищник. Ты все еще животное, поедающее мясо другого животного, чтобы удовлетворить твой голод.

Люди обычно думают о хищниках как о плотоядных млекопитающих (плотоядных), но у семейств птиц, рептилий, амфибий, рыб и насекомых также есть свои хищники. Орлы, ястребы, соколы и совы, пожалуй, самые известные хищники птичий мир. Всем известно, как один из них может налететь, поймать и убить маленькое существо, а затем используйте остроконечный крючковатый клюв, чтобы разорвать кусочки мяса животного. Потому что они питаются мелкими млекопитающими, эти птицы более жестокие, чем рыбоядные пеликаны, чайки, крачки, цапли, белые цапли, и зимородки или насекомоядные дятлы, мухоловки, славки, ласточки, стрижи и синицы? Хотя их предпочтения в еде различны, они все хищные птицы убивают, чтобы утолить голод.

Вероятно, у вас не возникнет проблем с узнаванием члена аллигатора семейство рептилий как хищник, потому что он ест все, что может поймать, либо в воде или на суше. Змеи также известны тем, что ловят и глотают самых разных существ, но многие ли из вас остановились, чтобы понять, что ящерица тот, кто ест насекомых, тоже хищник? Пара других хищников с острыми языками, лягушка и жаба принадлежат к семейству земноводных. Ты бы поставил ящерицу, лягушка и жаба в одной категории с аллигатором? Вам следует. Все хищники, убивающие и поедающие, чтобы выжить.

Акулы, пожалуй, самые опасные морские хищники, но их пищевые привычки, хотя и порочные, не более хищные, чем у пресноводных бас? С тех пор, как он стал достаточно большим, чтобы съесть некоторых из своих собратьев и сестер до того времени, когда он может проглотить лягушку или утёнка, плавающего по воде. поверхность, черный окунь проводит время в поисках вещей в водном мире есть. Если бы не его хищные повадки, мы бы не смогли поймать окуня со всеми видами приманок и приманок, которые мы используем. Эта рыбообразная приманка выглядит как настоящая рыба, а этот пластиковый червь выглядит как настоящий червь или маленькая змейка к голодному окуню.

Хотя многие насекомые питаются друг другом, т. один ты, наверное, наиболее знакомым является паук. Он сидит в своей паутине и терпеливо ждет насекомое, которое нужно поймать в своей липкой ловушке. Когда такое бывает, паук выбегает, убивает или парализует насекомое, заворачивает его в шелк, а затем высасывает жидкости его тела.

Вы можете подумать в этот момент, что хищник лучше всех жизнь, ни к чему беспокоиться о том, кроме как поймать свой следующий прием пищи. Но сделал ты знаешь, что много животных являются одновременно хищниками и добыча?

Когда паук сидит в паутине в ожидании еды из насекомых, это хищник. Однако, если язык ящерицы высунется и поймает паука, паук становится добычей ящерицы. Затем хищную ящерицу можно проглотить. дорожным бегуном, которого позже может поймать и съесть койот. Блуждающий койот может стать жертвой величайшего хищника из всех, человека.

Хищничество, поедание одного животного другим, является одним из способов, которым природа держит популяцию животных под контролем. Огромные стаи насекомых вскоре покрывают землю, создавая угрозу всему живому, если бы не пауки, лягушки, рыбы, ящерицы, змеи, птицы и млекопитающие, которые их едят. Животные, питающиеся растениями, такие как мыши, крысы и кролики, вскоре лишатся растительности. земля голая без контролирующего воздействия хищников. Места, где обитают крупные хищники были сокращены за счет отлова, отстрела и других методов борьбы с хищниками. часто развиваются большие популяции мышей, крыс и кроликов, которые могут уничтожить растения, необходимые другим видам диких животных как для еды, так и для убежища. Если хищникам было позволено остаться, виды добычи, вероятно, держали под контролем.

Хищничество также обеспечивает «выживание наиболее приспособленных», основной закон. Старые, больные или раненые животные — легкая добыча для хищников. Молодые животные также находятся в опасности, поскольку они не такие сильные, быстрые или мудрые. как взрослые животные. Те, у кого сильные инстинкты выживания, узнают, как чтобы избежать их хищников. Естественное хищничество занимает определенное место в балансе природы, так что в следующий раз поймаете себя на мысли, насколько опасен хищник для убийства милого маленького кролика, помните, что хищник только убивает для еды.

Отношения хищник-жертва: определение и примеры

Отношения хищник-жертва Определение

Отношения хищник-жертва состоят из взаимодействия между двумя видами и их последующего воздействия друг на друга. В отношениях хищник-жертва один вид питается другим видом. жертв видов — это животные, которых кормят, а хищников — это животные, которых кормят. Отношения хищник-жертва развиваются с течением времени, поскольку взаимодействуют многие поколения каждого вида. При этом они влияют на успех и выживание видов друг друга. Процесс эволюция отбирает приспособления, которые повышают приспособленность каждой популяции. Ученые, изучающие популяционную динамику , или изменения в популяциях с течением времени, заметили, что отношения между хищниками и жертвами сильно влияют на популяции каждого вида, и что из-за отношений между хищниками и жертвами эти колебания популяций взаимосвязаны.

Отношения между хищником и добычей и динамика популяции

В некоторых примерах взаимоотношений между хищником и добычей у хищника действительно есть только одна добыча. В этих сценариях легко увидеть, как отношения хищник-жертва влияют на динамику популяции каждого вида. Простым примером являются отношения хищника и добычи между рысью и зайцем-беляком. Заяц составляет большую часть рациона рыси. Без зайца рысь умерла бы с голоду. Однако, поскольку рысь поедает зайца или многих зайцев, она может размножаться. Таким образом, популяция рысей увеличивается. С увеличением охоты на рысей популяция зайцев быстро сокращается. Посмотрите на график ниже.

Синим цветом показана популяция рысей, а красным — популяция зайцев. В начале графика популяция рысей была очень высокой, а популяция зайцев была относительно низкой. Когда рыси начали мигрировать или вымирать, популяция зайцев восстановилась. С 1845 года эта 10-летняя закономерность продолжает повторяться: рысь умирает сразу после смерти зайца. Отношения хищник-жертва между зайцем и рысью помогают управлять этой закономерностью. Однако, если вы усредните пики популяции, обе популяции останутся стабильными или будут показывать лишь небольшое увеличение или уменьшение с течением времени.

Помните также, что у зайца также есть отношения хищника и добычи с организмами, которыми он питается, которые оказались растениями. Когда зайцы взрываются, они съедают больше, чем может прокормить растительность, и умирают от голода. Это, а также их отношения с рысью как хищником и добычей, приводит к очень неустойчивым изменениям в популяции.

Хищник-жертва Взаимоотношения и эволюция

Поскольку эти популяции продолжают воспроизводиться с течением времени, действие естественного отбора также может изменить вид, чтобы сделать его лучшим хищником или добычей для защиты. В любом случае, эта адаптация меняет всю динамику хищника-жертвы. Если один вид не сможет приспособить соответствующую защиту, он может вымереть. Таким образом, отношения «хищник-жертва» часто образуют «эволюционную гонку вооружений », в которой поедаемые виды быстро развиваются, чтобы противостоять другим.

Хотя наблюдались многочисленные примеры эволюции признаков через отношения хищник-жертва, некоторые из наиболее интересных примеров происходят, когда отношения приостановлены. В тестах на гуппи ученые показали, что большое красочное пятно является признаком, определяемым половым путем. Самки предпочитают самцов гуппи с яркими пятнами. Однако хищники могут легко обнаружить эти цвета и съесть самых ярких самцов.

В ручьях, где нет хищников, самцы становятся ярко окрашенными. Половой отбор быстро превращает самцов в ярко окрашенных, а их новизна и яркость определяют их эволюционный успех. В ручьях с хищниками самцы, достигшие успеха, делают это не обязательно потому, что они были самыми привлекательными, а потому, что они жили дольше всех. Отношения хищник-жертва в этом случае преобладали над давлением полового отбора. Это хороший пример того, как отношение хищника к добыче может сильно повлиять на путь эволюции.

Примеры отношений хищник-жертва

Обычный хищник

Как правило, вид имеет более одного отношения хищник-жертва. Возьмем, к примеру, ягуара. Ягуар — одиночный хищник , предпочитающий охотиться и жить в одиночестве. Ягуар является хищником многих различных животных, от диких свиней до кайманов . С каждым из этих видов он поддерживает отношения хищник-жертва. Однако ягуар также является добычей некоторых видов. Детеныши ягуаров остаются со своими матерями в течение года или более, прежде чем смогут полностью защитить себя. Анаконды, крупные птицы и другие представители семейства кошачьих — это лишь некоторые из опасностей, подстерегающих молодого ягуара.

Ягуар, как и тот, что выше, представляет собой обычного хищника . Он охотится, убивает и поедает другие организмы. В то время как ягуары являются одиночными хищниками, есть также социальных хищников , которые охотятся группами. К ним относятся такие виды, как волки, косатки и львы. Различия в этих социальных структурах представляют разные эволюционные ниши, которые вырезали виды, а также прошлые отношения между хищниками и добычей, которые сформировали животных такими, какие они есть сегодня.

Нетрадиционные хищники

Помимо обычных хищников, многие организмы подходят под определение хищника за пределами типичных границ. Мусорщики , как тип хищника, имеют отношения хищник-жертва с каждым из видов, которыми они питаются. Например, падальщик, такой как стервятник, страдает, когда популяция водяного буйвола падает. С меньшим количеством буйволов львы умирают и совершают меньше убийств, а затем страдает сам стервятник. Хотя это может быть однобокое отношение хищника к добыче, потому что стервятник не убивает буйвола напрямую, на него все же влияет популяция буйвола. К счастью для стервятников, они питаются многими видами и зависят не только от популяции буйволов. Это верно не для всех падальщиков.

Другие нетрадиционные хищники включают паразитов , которые питаются организмом-хозяином, но не обязательно убивают его. Хотя хищник может быть намного меньше жертвы, у них все же есть отношения. Отношения хищник-жертва между оленями и клещами, например, очень похожи на отношения хищник-жертва между рысью и зайцем. Когда олени вымирают, клещам становится меньше корма, особенно клещам, которые специализируются на оленях. Частично это снижение вызвано самими клещами, которые увеличивают паразитарную нагрузку на оленей и передают болезни популяции. Затем количество клещей уменьшится, что позволит оленям процветать.

Почти 10% всех известных насекомых проявляют особую форму паразитизма. Эти паразитоиды , как они известны, развили особые отношения хищника с добычей, при которых они откладывают яйца внутри другого вида. Личинка вылупляется и прогрызает себе путь, пока хозяин медленно умирает. Хотя взрослые особи не потребляют другие виды напрямую, это делают личинки. Ниже представлено изображение паразитоидной осы, несущей парализованного ею тарантула. Оса отложит в живого тарантула яйца, которые вылупятся и сожрут его изнутри.

Растения как добыча и хищники

Растения часто игнорируются как добыча и как хищники, потому что они кажутся безразличными к действиям вокруг них. Однако многие эксперименты и наблюдения показали, что растения являются активными участниками отношений. Потрясающий пример — общение растений в ответ на действия хищников. Было показано, что некоторые виды растений выработали специфическую защиту от чрезмерного выпаса скота. После того, как умеренные уровни выпаса будут превышены, и растение окажется в опасности, оно начнет выделять гормональный газ 9.0035 этилен в воздух. Другие растения получают этот гормональный сигнал и начинают вырабатывать токсичные вещества в своих листьях. Животные, которые питаются этими растениями, заболевают и умирают. Таким образом, эволюционные отношения битвы и хищника-добычи развивались между растениями и травоядными с тех пор, как они впервые сосуществовали.

Кроме того, растения могут быть непосредственными хищниками и развивать сложные характеристики взаимоотношений хищник-жертва с этой стороны. Рассмотрим ловушку для венериновых мух, изображенную ниже. Это растение развилось непосредственно как хищник многих летающих насекомых. Растение не только имеет специальные волоски на листьях, которые могут чувствовать движение насекомых и большие шипы, чтобы заманивать их в ловушку, но также активно выделяют вещества, привлекающие насекомых. Другие растения разработали различные формы ловушек для насекомых, которые обеспечивают растения дополнительными питательными веществами. Эти отношения хищник-жертва мало чем отличаются от змеи, ожидающей, когда мышь перейдет ей дорогу.

Тест

1. Как ученые могут определить, действительно ли численность популяции сокращается, или это сокращение является просто частью нормальных отношений между хищником и добычей?

A. Они не могут определить разницу

B. Они могут определить по крутости падения

C. Они могут усреднить популяцию с течением времени

2. Виды хищников медленно меняются со временем выработались новые и более эффективные зубы для захвата добычи. Что будет делать добыча?

A. Исчезнуть

B. Адаптироваться, Мигрировать или Исчезнуть

C. Ничего из вышеперечисленного

и вид, на котором он выживает?

A. Ничего

B. Растения не могут быть добычей

C. Растения не могут приспособиться к хищнику

 

Ссылки

• Блюмштейн, Д. Т., и Фернандес-Юрисич, Э. (2010). Учебник по охране природы. Сандерленд: Издательство Sinauer Associates, Inc.
• Фельдхамер, Г. А., Дрикамер, Л. К., Весси, С. Х., Мерритт, Дж. Ф., и Краевски, К. (2007). Маммология: адаптация, разнообразие, экология (3-е изд.