生態陷阱
生態陷阱（英語：ecological trap）是環境的快速變化導致生物反而偏好在劣質棲息地定居的情景。這一概念的基礎是，主動選擇棲息地的生物依靠環境線索來識別高質量棲息地。若棲息地質量或線索發生改變，令兩二者不再相符，則生物可能會被引導至質量較差的棲息地。
概述
編輯當棲息地的吸引力與其實際支持生存和繁衍的價值之間不成比例時，生態陷阱就會出現。其結果是，受影響的生物轉而偏好吸引力虛高的棲息地，反而避開了高質量但吸引力較小的棲息地。例如，靛藍彩鵐通常在灌木棲息地或封閉樹冠林和開闊場地之間的破碎森林過渡帶中築巢。人類活動可能會創造出更「清晰」、更突兀的森林邊緣，而靛藍彩鵐更喜歡沿着這些邊緣築巢。然而，這些人為的邊緣清晰的森林也使得針對巢穴的捕食者的活動更密集。這樣一來，靛藍彩鵐更偏好在高度改變的棲息地築巢，但這些地方築巢的成功率反而最低。[1]
雖然已有學者就源-匯關係探討了這種適應不良的棲息地選擇行為對種群數量的影響，但生態陷阱本身是個體的行為現象。[2]雖然是一種行為機制，但生態陷阱可能會對具有擴散能力強的物種種群產生深遠的影響，例如棕熊（Ursus arctos）。[3]Dwernychuk和Boag[4]於1972年引入了生態陷阱概念，隨後的許多研究表明，由於人為因素導致棲息地變化，這種陷阱現象可能相當普遍。[2][5][6]
其結果是，如果新環境中，高質量的棲息地缺乏適當的環境線索來吸引物種定居，那麼其生殖成就機會可能無法被當地物種識別；這就是感知陷阱。[7]理論[8]和實證研究[1][4]表明，判斷棲息地質量的失誤會導致種群數量減少或絕滅。這種不匹配不僅限於棲息地選擇，還可能發生在任何行為中（例如，迴避捕食者、擇偶、導航、覓食地點選擇等）。因此，生態陷阱是更廣泛的進化陷阱現象的一個子集。[5]
| 棲息地品質 | |||
|---|---|---|---|
| 高 | 低 | ||
| 棲息地選擇 | 偏好 | 適應性選擇（源） | 生態陷阱 |
| 迴避 | 感知陷阱 | 適應性選擇（匯） | |
隨着生態陷阱理論的發展，研究人員認識到，陷阱可能在各種空間和時間尺度上起作用，這也可能阻礙對它們的檢驗。例如，鳥類必須在多個尺度上選擇棲息地（棲息地斑塊、該斑塊內的單個領地，以及該領地內的巢址），因此陷阱可以在這些尺度中的任何一個上出現。[9]類似地，陷阱可能在時間尺度上出現，改變後的環境可能對生命體的某個生命階段構成陷阱，但對以後的生命階段產生積極影響。[5]因此，儘管學界普遍接受其理論上的可能性，但對於陷阱的常見程度，仍然存在很大的不確定性。[2]然而，考慮到人類土地利用變化、全球變暖、外來物種入侵以及物種滅絕導致的生態群落變化，令生態變化的速度加快，生態陷阱可能對生物多樣性構成了與日俱增且被嚴重低估的威脅。
一篇2006年的生態陷阱方面的綜述論文為證明生態陷阱的存在提供了指引。[2]一項研究必須表明生物偏好一個棲息地勝於另一個棲息地（或同等偏好），並且選擇的首選棲息地（或同等偏好棲息地）的個體具有較低的適應度（即生存率或繁殖率較低）。這篇論文（此前研究者只發現數個有據可查的生態陷阱案例）發表後，對生態和進化陷阱的研究興趣迅速增長，新的實證案例相繼發表。目前已大約有30個生態陷阱的案例，涵蓋不同種類的動物，包括鳥類、哺乳動物、節肢動物、魚類和爬行動物。
由於生態和進化陷阱是仍未被充分認識的現象，許多關於其的直接和根本原因，以及其生態後果的問題尚未得到解答。例如：陷阱僅僅是進化預測不了新事物或者對環境變化無法作出迅速反應的不可避免的結果嗎？陷阱有多常見？生態陷阱是否必然導致種群衰退或滅絕，還是它們有可能無限期地存在？陷阱在什麼生態和進化條件下會發生？具有某些特徵的生物是否先天更容易被陷阱「困住」？快速的環境變化是否是觸發陷阱的條件？全球變暖、污染或外來入侵物種會造成陷阱嗎？採用遺傳和系統發育方法可能可以為上述問題提供更可靠的答案，並為一般的適應不良的直接和根本原因提供更深入的見解。由於預計生態和進化陷阱會與其他種群下降的因素一起變多，因此陷阱是保育科學家的研究重點。
案例：偏光污染
編輯偏光污染可能是形成生態陷阱的最有說服力、證據確鑿的環境線索。[10]至少有300種蜻蜓、蜉蝣、石蛾、虻、龍虱、異翅亞目昆蟲和其他水生昆蟲依靠偏振光源作為最重要的定向機制，來尋找合適水體作為攝食、繁殖棲息地和產卵地（Schwind 1991；Horváth 和 Kriska 2008）。由於強烈的線性偏振特徵，人造偏振表面（例如瀝青、墓碑、汽車、塑料布、油池、窗戶）通常被誤認為是水體（Horváth和Zeil，1996；Kriska等人，1998、2006a、2007、2008；Horváth等人，2007、2008）。這些表面反射的光往往比水面反射的光的偏振度更高，而人工偏光鏡對偏光定向的水生昆蟲的吸引力更甚（Horváth和Zeil，1996；Horváth等人，1998；Kriska等人，1998），對牠們而言就像是極為誇張的水面，形成了超常規的光學刺激。因此，蜻蜓、蜉蝣、石蛾和其他尋找水面的物種往往更喜歡在這些表面上交配、定居、聚集和產卵，而不是在真正的水體上。
參見
編輯參考文獻
編輯- ^ 1.0 1.1 Weldon, A.J.; Haddad, N.M. The effects of patch shape on Indigo Buntings: Evidence for an ecological trap. Ecology. 2005, 86 (6): 1422–1431. doi:10.1890/04-0913.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Robertson, B.A.; Hutto, R.L. A framework for understanding ecological traps and an evaluation of existing evidence. Ecology. 2006, 87 (5): 1075–1085 [2022-05-04]. ISSN 0012-9658. PMID 16761584. doi:10.1890/0012-9658(2006)87[1075:AFFUET]2.0.CO;2. （原始內容存檔於2019-04-30）.
- ^ Lamb, C.T..; Mowat, G.; McLellan, B.N.; Nielsen, S.E.; Boutin, S. Forbidden fruit: human settlement and abundant fruit create an ecological trap for an apex omnivore. Journal of Animal Ecology. 2017, 86 (1): 55–65. PMID 27677529. doi:10.1111/1365-2656.12589.
- ^ 4.0 4.1 Dwernychuk, L.W.; Boag, D.A. Ducks nesting in association with gulls-an ecological trap?. Canadian Journal of Zoology. 1972, 50 (5): 559–563. doi:10.1139/z72-076.
- ^ 5.0 5.1 5.2 Schlaepfer, M.A.; Runge, M.C.; Sherman, P.W. Ecological and evolutionary traps. Trends in Ecology and Evolution. 2002, 17 (10): 474–480. doi:10.1016/S0169-5347(02)02580-6.
- ^ Battin, J. When good animals love bad habitats: Ecological traps and the conservation of animal populations. Conservation Biology. 2004, 18 (6): 1482–1491. doi:10.1111/j.1523-1739.2004.00417.x.
- ^ 7.0 7.1 Patten, M.A.; Kelly, J.F. Habitat selection and the perceptual trap. Ecological Applications. 2010, 20 (8): 2148–56. PMID 21265448. doi:10.1890/09-2370.1.
- ^ Delibes, M.; Gaona, P.; Ferreras, P. Effects of an attractive sink leading into maladaptive habitat selection. American Naturalist. 2001, 158 (3): 277–285. PMID 18707324. doi:10.1086/321319.
- ^ Misenhelter, M.D.; Rotenberry, J.T. Choices and consequences of habitat occupancy and nest site selection in sage sparrows. Ecology. 2000, 81 (10): 2892–2901. ISSN 0012-9658. doi:10.1890/0012-9658(2000)081[2892:CACOHO]2.0.CO;2.
- ^ Horvath et al., in press as of Jan, 2013
其他參考文獻
編輯- Crespi, B.J. The evolution of maladaptation. Heredity. 2001, 84 (6): 623–9. PMID 10886377. S2CID 25172917. doi:10.1046/j.1365-2540.2000.00746.x.
- Gilroy, J.J.; Sutherland, W.J. Beyond ecological traps: perceptual errors and undervalued resources. Trends in Ecology and Evolution. 2007, 22 (7): 351–356. PMID 17416438. doi:10.1016/j.tree.2007.03.014.
- Horváth, Gábor; Kriska, György; Malik, Péter; Robertson, Bruce. Polarized light pollution: a new kind of ecological photopollution. Frontiers in Ecology and the Environment. 2009, 7 (6): 317–325. doi:10.1890/080129.
- Horváth, G; Zeil, J. Kuwait oil lakes as insect traps. Nature. 1996, 379 (6563): 303–304. Bibcode:1996Natur.379..303H. S2CID 4324524. doi:10.1038/379303a0.
- Horváth, G; Bernáth, B; Molnár, G. Dragonflies find crude oil visually more attractive than water: Multiple-choice experiments on dragonfly polarotaxis. Naturwissenschaften. 1998, 85 (6): 292–297. Bibcode:1998NW.....85..292H. S2CID 12498964. doi:10.1007/s001140050503.
- Horváth, G; Malik, P; Kriska, G; Wildermuth, H. Ecological traps for dragonflies in a cemetery: the attraction of Sympetrum species (Odonata: Libellulidae) by horizontally polarizing black gravestones. Freshwater Biology. 2007, 52 (9): 1700–1709. doi:10.1111/j.1365-2427.2007.01798.x.
- Kriska, G; Horváth, G; Andrikovics, S. Why do mayflies lay their eggs en masse on dry asphalt roads? Water-imitating polarized light reflected from asphalt attracts Ephemeroptera. J Exp Biol. 1998, 201 (Pt 15): 2273–86. PMID 9662498. doi:10.1242/jeb.201.15.2273
. - Kriska, G; Malik, P; Szivák, I; Horváth, G. Glass buildings on river banks as "polarized light traps" for mass-swarming polarotactic caddis flies. Naturwissenschaften. 2008, 95 (5): 461–467. Bibcode:2008NW.....95..461K. PMID 18253711. S2CID 40967738. doi:10.1007/s00114-008-0345-4.
- Schwind, R. Polarization vision in water insects and insects living on a moist substrate. J Comp Physiol A. 1991, 169 (5): 531–540. S2CID 39440345. doi:10.1007/bf00193544.
延伸閱讀
編輯- Caswell, H. 2001. Matrix population models: Construction, analysis, and interpretation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. 2nd edition. Sinauer. Sunderland, Mass., USA.
- Dias, P. C. Sources and sinks in population biology. Trends in Ecology and Evolution. 1996, 11 (8): 326–330. PMID 21237863. doi:10.1016/0169-5347(96)10037-9.
- Diffendorfer, J. E. Testing models of source-sink dynamics and balanced dispersal. Oikos. 1998, 81 (3): 417–433. JSTOR 3546763. doi:10.2307/3546763.
- Fretwell, S. D.; Lucas, H. L.; Jr. On territorial behavior and other factors influencing habitat distribution in birds. Acta Biotheoretica. 1969, 19: 16–36 [2022-05-04]. doi:10.1007/BF01601953. （原始內容存檔於2021-11-20）.
- Grinnell, J. The Niche-Relationships of the California Thrasher. The Auk. 1917, 34 (4): 427–433 [2022-05-04]. JSTOR 4072271. doi:10.2307/4072271. （原始內容存檔於2022-05-04）.
- Holt, R. D. Population-Dynamics in 2-Patch Environments — Some Anomalous Consequences of an Optimal Habitat Distribution. Theoretical Population Biology. 1985, 28 (2): 181–208. doi:10.1016/0040-5809(85)90027-9.
- Howe, R. W.; Davis, G. J.; Mosca, V. The Demographic Significance of Sink Populations. Biological Conservation. 1991, 57 (3): 239–255. doi:10.1016/0006-3207(91)90071-G.
- Hutchinson, G. E. Concluding Remarks. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1957, 22: 415–427. doi:10.1101/SQB.1957.022.01.039.
- Johnson, D. M. Source-sink dynamics in a temporally, heterogeneous environment. Ecology. 2004, 85 (7): 2037–2045. doi:10.1890/03-0508.
- Keddy, P. A. Population Ecology on an Environmental Gradient — Cakile-Edentula on a Sand Dune. Oecologia. 1982, 52 (3): 348–355. Bibcode:1982Oecol..52..348K. PMID 28310394. doi:10.1007/BF00367958.
- Leibold, M. A.; Holyoak, M.; Chase, J. M.; Hoopes, M. F.; Holt, R. D.; Shurin, J. B.; Law, R.; Tilman, D.; Loreau, M.; et al. The metacommunity concept: a framework for multi-scale community ecology. Ecology Letters. 2004, 7 (7): 601–613. doi:10.1111/j.1461-0248.2004.00608.x.
- Pulliam, H. R. Sources, sinks, and population regulation. American Naturalist. 1988, 132 (5): 652–661. doi:10.1086/284880.
- Pulliam, H. R.; Danielson, B. J. Sources, Sinks, and Habitat Selection — a Landscape Perspective on Population-Dynamics (PDF). American Naturalist. 1991, 137: S50–S66 [11 December 2010]. doi:10.1086/285139. （原始內容 (PDF)存檔於26 March 2009）.
- Purcell, K. L.; Verner, J. Density and reproductive success of California Towhees. Conservation Biology. 1998, 12 (2): 442–450. doi:10.1046/j.1523-1739.1998.96354.x.
- Roberts, C. M. Sources, sinks, and the design of marine reserve networks. Fisheries. 1998, 23 (7): 16–19. （原始內容存檔於2012-04-04）.
- Runge, J. P.; Runge, M. C.; Nichols, J. D. The role of local populations within a landscape context:defining and classifying sources and sinks. American Naturalist. 2006, 167 (6): 925–938. PMID 16615034. doi:10.1086/503531.
- Thomas, C. D.; Singer, M. C.; Boughton, D. A. Catastrophic extinction of population sources in a butterfly metapopulation. American Naturalist. 1996, 148 (6): 957–975. doi:10.1086/285966.
- Tittler, R.; Fahrig, L.; Villard, M. A. Evidence of large-scale source-sink dynamics and long-distance dispersal among wood thrush populations. Ecology. 2006, 87 (12): 3029–3036. ISSN 0012-9658. PMID 17249228. doi:10.1890/0012-9658(2006)87[3029:EOLSDA]2.0.CO;2.
- Watkinson, A. R.; Sutherland, W. J. Sources, sinks and pseudo-sinks. Journal of Animal Ecology. 1995, 64 (1): 126–130. JSTOR 5833. doi:10.2307/5833.
- Williams, B. K., J. D. Nichols, and M. J. Conroy. 2001. Analysis and management of animal populations. Academic Press. San Diego, USA.