The Role of Econes as Elementary Population-Coenotic Groups in the Integration of Evolutionary and Ecological Processes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A population-coenotic concept of an econe, an elementary structural-functional group (SFG) in a coenopopulation, is proposed. An econe has binary properties, since in real time it simultaneously manifests itself as part of the coenopopulation and as part of the local community, i.e., acts as an elementary population- coenotic structure, the individuals of which are phenotypically homogeneous and simultaneously perform certain population and coenotic functions. The role of econes in micro-, meso-, and macroevolutionary processes is considered, and based on this the possible evolutionary-ecological integrative mechanisms of rapid micro- and macroevolutionary processes in the Anthropocene are estimated. The new concept of econes allows one to integrate the processes of micro-, meso-, and macroevolution based on the recently revealed mechanisms of transgenerational inheritance of stress-induced epigenetic changes that parameterize certain rearrangements of morphogenesis. Since all processes (micro-, meso- and macroevolution) of changes in econes in coenopopulations occur in real time, but with varying degrees of efficiency, it is theoretically possible to approach the prediction of the onset of regional biocoenotic crises by comparing the morphogenetic reactions of econes of sympatric species of communities to favorable and unfavorable development conditions, caused by a combination of climatogenic, anthropogenic, and biotic factors.

About the authors

A. G. Vasil’ev

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vag@ipae.uran.ru
Yekaterinburg, Russia

References

  1. Северцов С.А. Проблемы экологии животных. М.: Изд-во АН СССР, 1951. Т. 1. 171 с.
  2. Lack D.J. Evolutionary ecology // Anim. Ecol. 1965. V. 53. № 2. P. 237–245.
  3. Шварц С.С. Эволюционная экология животных. Экологические механизмы эволюционного процесса. Свердловск: УФАН СССР, 1969. 198 с.
  4. Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 277 с.
  5. Read A.F., Clark J.S. The next 20 years of ecology and evolution // Trends in Ecology and Evolution. 2006. V. 21. № 7. P. 354–355.
  6. Чернов Ю.И. Экология и биогеография. Избранные работы. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2008. 580 с.
  7. Schoener T.W. The newest synthesis: understanding the interplay of evolutionary and ecological dynamics // Science. 2011. V. 331. P. 426–429.
  8. Saul W.-C., Jeschke J.M. Eco-evolutionary experience in novel species interactions // Ecol. Letters. 2015. V. 18. P. 236–245.
  9. Васильев А.Г. Эволюционная экология в XXI веке: новые концепции и перспективы развития // Экология. 2019. № 2. С. 88–100. [Vasil’ev A.G. Evolutionary Ecology in the 21st Century: New concepts and development prospects // Russ. J. of Ecology. 2019. V. 50. № 2. P. 102–114.]
  10. Thompson J.N. Rapid evolution as an ecological process // Trends in Ecol. and Evol. 1998. V. 13. P. 329–332.
  11. Salamin N., Wüest R.O., Lavergne S. et al. Assessing rapid evolution in a changing environment // Trends in Ecol. and Evol. 2010. V. 25. № 12. P. 692–698.
  12. Duncan E.J., Gluckman P.D., Dearden P.K. Epigenetics, plasticity and evolution: How do we link epigenetic change to phenotype? // J. Exp. Zool. Part B. Molecular and Developmental Evolution. 2014. V. 322. P. 208–220.
  13. Parmesan C. Ecological and evolutionary responses to recent climate change // The Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2006. V. 37. P. 637–669.
  14. Alberti M. Eco-evolutionary dynamics in an urbanizing planet // Trends in Ecol. and Evol. 2015. V. 30. № 2. P. 114–126.
  15. Jablonka E., Raz G. Transgenerational epigenetic inheritance: prevalence, mechanisms, and implications for the study of heredity and evolution // Qvart. Rev. Biol. 2009. V. 84. P. 131–176.
  16. Burggren W. Epigenetic inheritance and its role in evolutionary biology: re-evaluation and new perspectives // Biology. 2016. V. 5. № 24. P. 2–22.
  17. Pigliucci M. Do we need an extended evolutionary synthesis? // Evolution. 2007. V. 61. № 2. P. 2743–2749.
  18. Dickins T.E., Rahman Q. The extended evolutionary synthesis and the role of soft inheritance in evolution // Rroceedings of The Royal Society. B. 2012. V. 279. P. 2913–2921.
  19. Laland K.N., Uller T., Feldman M.W. et al. The extended evolutionary synthesis: its structure, assumptions and predictions // Philos. Trans. R. Soc. B.: Biol. Sci. 2015. V. 282. P. 1–14. https://doi.org/10.1098/rspb.2015.10
  20. Dupont C., Armant D.R., Brenner C.A. Epigenetics: definition, mechanisms and clinical perspective // Semin. Reprod. Med. 2009. V. 27. P. 403–408.
  21. Becker C., Weigel D. Epigenetic variation: Origin and transgenerational inheritance // Curr. Opin. Plant. Biol. 2012. V. 15. P. 562–567.
  22. Donelan S.C., Hellmann J.K., Bell A.M. et al. Transgenerational plasticity in human-altered environments // Trends in Ecology and Evolution. 2020. V. 35. № 2. P. 115–124.
  23. Северцов А.Н. Этюды по теории эволюции. Индивидуальное развитие и эволюция. Берлин: Государственное изд-во РСФСР, 1921. 312 с.
  24. Филипченко Ю.А. Изменчивость и методы ее изучения. Петроград, 1923. 240 с.
  25. Филипченко Ю.А. Изменчивость и методы ее изучения. 5-е изд. М.: Наука, 1978. 240 с.
  26. Timofeeff-Ressovsky N.W. Experimentalle Mutationforschung in der Vererbungslehre. Dresden und Leipzig: Steinkopf. 1937; цит. по Тимофеев-Ресовский и др., 1977.
  27. Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. М.: Наука, 1977. 297 с.
  28. Мирзоян Э.Н. Теория макроэволюции и экология // Журн. общей биол. 1998. Т. 49. С.18–26.
  29. Мирзоян Э.Н. К истории глобальной экологии. Концепция Геомериды В.Н. Беклемишева. М.: Экологический центр ИИЭТ РАН, 2007. Вып. 1. 128 с.
  30. Minelli A. Morphological misfits and the architecture of development // Macroevolution. Explanation, interpretation and evidence / Eds. Serrelli E., Gontier N. Heidelberg: Springer International Publishing, 2015. P. 329–343.
  31. Dobzhansky T. Evolution as a creative process // Caryologica. 1954. V. 6. P. 435–449.
  32. Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М.: Мир, 1968. 597 с.
  33. Lande R. Microevolution in relation to macroevolution // Paleobiology. 1980. V. 6. P. 233–238.
  34. Maynard Smith J. Macroevolution // Nature. 1981. V. 289. P. 13–14.
  35. Mayr E. Speciation and macroevolution // Evolution. 1982. V. 36. P. 1119–1132.
  36. Северцов А.С. Теория эволюции: Учеб. пособие. М.: Гуманитар. изд. центр “ВЛАДОС”, 2005. 380 с.
  37. McPeek M.A. The macroevolutionary consequences of ecological differences among species // Palaeontology. 2007. V. 50. P. 111–129.
  38. Stigall A.L. Speciation: expanding the role of biogeography and niche breadth in macroevolutionary theory // Macroevolution. Explanation, interpretation and evidence / Eds. Serrelli E., Gontier N. Heidelberg: Springer Internat. Publishing, 2015. P. 301–328.
  39. Miller W. III. Unification of macroevolutionary theory. Biologichier archies, consonance, and the possibility of connecting the dots // Evolutionary theory: A hierarchical perspective / Eds. Eldredge N., Pievani T., Serrelli E.M., Tëmkin I. Chicago: University of Chicago Press, 2016. P. 243–259.
  40. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни: Учеб. пособие. М.: Изд. центр “Академия”, 2001. 432 с.
  41. Жерихин В.В. Избранные труды по палеоэкологии и филоценогенетике. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2003. 542 с.
  42. Erwin D.H. Microevolution and macroevolution are not governed by the same processes // Contemporary Debates in Philosophy of Biology / Eds. Ayala F.J., Arp R. Massachussetts: Wiley-Blackwell, 2010. P. 180–193.
  43. Северцов А.С. Эволюционная экология позвоночных животных. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2013. 347 с.
  44. Futuyma D.J. Can modern evolutionary theory explain macroevolution? // Macroevolution. Explanation, interpretation and evidence / Eds. Serrelli E., Gontier N. Heidelberg: Springer Internat. Publishing, 2015. P. 29–85.
  45. Abouheif E. Parallelism as the pattern and process of mesoevolution // Evolution and Development. 2008. V.10. P. 3–5.
  46. Wray G.A. Peering ahead (cautiously) // Evol. Dev. 2000. V. 2. P. 125–126.
  47. Moore F.B.-G., Woods R. Tempo and constraint of adaptive evolution in Escherichia coli (Enterobacteriaceae, Enterobacteriales) // Biol. J. Linn. Soc. 2006. V. 88. P. 403–411.
  48. Haloin J.R., Strauss Sh.Y. Interplay between ecological communities and evolution review of feedbacks from microevolutionary to macroevolutionary scales // Annals of the New York Academy of Sciences. 2008. V. 1133. P.87–125.
  49. Букварёва Е.Н., Алещенко Г.М. Принцип оптимального разнообразия биосистем. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2013. 522 с.
  50. Работнов Т.А. Некоторые вопросы изучения ценотических популяций // Бюл. МОИП. Отд. биол. 1969. Т. 74. Вып. 1. С. 41–149.
  51. Любарский Е.Л. Ценопопуляция и фитоценоз. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1976.157 с.
  52. Уранов А.А. Возрастной спектр фитоценопопуляций как функция времени и энергетических волновых процессов // Биол. науки. 1975. № 2. С. 7–34.
  53. Vasil'ev A.G., Vasil’eva I.A., Kourova T.P. Analysis of coupled geographic variation of three shrew species from southern and northern Ural taxocenes // Russ. J. of Ecology. 2015. V. 46. № 6. P. 552–558.
  54. Васильев А.Г., Васильева И.А., Городилова Ю.В., Чибиряк М.В. Сопряженная хронографическая изменчивость морфофункциональных признаков в ценопопуляциях двух симпатрических видов грызунов // Экология. 2020. № 4. С. 284–297. [Vasil’ev A.G., Vasil’eva I.A., GorodilovaYu.V., Chibiryak M.V. Coupled chronographic variation of morphofunctional traits in cenopopulations of two sympatric rodent species // Russ. J. Ecology. 2020. V. 51. № 4. P. 363–375.]
  55. Heatwole H. The concept of the econe, a fundamental ecological unit // Trop. Ecol. 1989. V. 30. № 1. P. 13–19.
  56. Озерский П.В. К формализации концепции экологической ниши Элтона-Одума. Ниши сложно организованных популяций // Функциональная морфология, экология и жизненные циклы животных. 2015. Т. 15. № 1. С. 4–73
  57. Озерский П.В. Обзор подходов к описанию внутренней структуры популяций // Функциональная морфология, экология и жизненные циклы животных. 2016. Т. 16. № 2. С. 3–39.
  58. Вислобокова И.А. О новых подходах изучения эволюции макротаксонов и концепции экона // Палеонтол. журн. 2019. № 1. С. 5–14.
  59. Zalasiewicz J., Williams M., Steffen W., Crutzen P. The new world of the Anthropocene // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44. P. 2228–2231.
  60. Steffen W., Grinevald J., Crutzen P., McNeil J. The Anthropocene: conceptual and historical perspectives // Philosophical Transactions of The R. Soc. A. 2011. V. 369. P. 842–867.
  61. Raup D.M., Sepkoski J.J. Periodicity of extinctions in the geologic past // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1984. V. 81. P. 801–805.
  62. Moyne S., Neige P. The space-time relationship of taxonomic diversity and morphological disparity in the Middle Jurassic ammonite radiation // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. V. 248. P. 82–95.
  63. Ceballos G., Ehrlich P.R., Barnosky A.D. et al. Accelerated modern human-induced species losses: entering the sixth mass extinction // Science Adv. 2015. V. 1. № 5. 1. P. 1–5.
  64. Schleuning M., Neuschulz E.L., Albrecht J. et al. Trait-based assessments of climate-change impacts on interacting species // Trends in Ecology and Evolution. 2020. V. 35. № 4. P. 319–328.
  65. Озерский П.В. О концепции экологической ниши Хатчинсона: противоречие и путь его устранения // Функциональная морфология, экология и жизненные циклы животных. СПб: ТЕССА, 2006. Вып. 5. С. 137–146.
  66. Озерский П.В. Метафенотип популяции как структурно-функциональное отражение ее экологической ниши // Функциональная морфология, экология и жизненные циклы животных. СПб.: ТЕССА, 2010. Вып. 10. С. 15–29.
  67. Васильев А.Г. Концепция морфониши в эволюционной экологии // Экология. 2021. № 3. С. 163—178. [Vasil’ev A.G. The concept of morphoniche in evolutionary ecology // Russ. J. of Ecology. 2021. V. 52. № 3. P. 173–187.]
  68. Grinnell J. The niche relationships of the California thrasher // Auk. 1917. V. 34. P. 427–433.
  69. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т. 2. 376 с.
  70. Lawton J.H. Vacant niches and unsaturated communities: a comparison of bracken herbivores at sites on two continents // Journal of Animal Ecology. 1982. V. 51. P. 573–595.
  71. Хлебосолов Е.И. Теория экологической ниши: история и современное состояние // Русский орнитолог. журн. Экспресс-выпуск. 2002. Т. 203. С. 1019–1037.
  72. Джиллер П. Структура сообществ и экологическая ниша. М.: Мир, 1988. 184 с.
  73. Левченко В.Ф. Модели в теории биологической эволюции. СПб.: Наука, 1993. 383 с.
  74. Левченко В.Ф. Эволюция биосферы до и после появления человека. СПб: Наука, 2004. 166 с.
  75. Озерский П.В. К формализации концепции экологической ниши Элтона-Одума. Векторно-объемная модель ниши и жизненные циклы животных. // Функциональная морфология, экология. 2014. Т. 14. № 1. С. 4–19.
  76. Günther K. Über Evolutionfaktoren und die Bedeutung des egriffs “ökologische Lizenz” für die Erklärung von Formenerscheinungen in Tierreichs // Ornithologie als biologische Wissenschafl. 28 Beiträge als Festschrifl zum 60 Geburtstag von Erwin Stresemann (22 November, 1949). Heidelberg: C. Winter-Universitätsverlag, 1949. P. 23–54.
  77. Старобогатов Я.И., Левченко В.Ф. Экоцентрическая концепция макроэволюции // Журн. общ. биол. 1993. № 4. С. 389–407.
  78. Johannsen W. Elemente der exakten Erblichkeitslehre. Deutsche weswntlich erweiterte Ausg. Im 25 Vorlesing. Jena: Fisher, 1909. 515 S.
  79. Johannsen W. Elemente der exakten Erblichkeitslehre. 3 Ausg. Im 30 Vorlesingen. Jena: Fisher, 1926. 736 S.
  80. Николаев И.И. Таксоцен как экологическая категория // Экология. 1977. № 5. С. 50–55.
  81. Васильев А.Г., Васильева И.А., Городилова Ю.В., Чибиряк М.В. Соотношение морфологического и таксономического разнообразия сообществ грызунов в зоне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа на Южном Урале // Экология. 2010. № 2. С. 119–125.
  82. Chodorowski A. Ecological differentiation of turbellarians in Harsz-Lake // Polskie Archivium Hydrobiologii. 1959. V. 6 (19). № 3. P. 33–73.
  83. Hutchinson G.E. Treatise on limnology. V. II. Introduction to lake biology and the limnoplankton. N.Y.: John Wiley and Sons, 1967.1115 p.
  84. Арнольди К.В., Арнольди Л.В. О биоценозе как одном из основных понятий экологии, его структуре и объёме // Зоол. журн. 1962. Т.42. Вып. 2. С. 161–183.
  85. Нестеренко В.А. Землеройки юга Дальнего Востока России и организация их таксоценов: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Владивосток, 2000. 46 с.
  86. Сергеев В.Е. Эколого-эволюционные факторы организации сообществ бурозубок Северной Евразии: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Новосибирск: Ин-т систематики и экологии животных СО РАН, 2003. 33 с.
  87. Davis B.D. The isolation of biochemically deficient mutants of bacteria by means of penicillin // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1949. V. 35. № 1. P. 1–10.
  88. Furbank R.T., Tester M. Phenomics – technologies to relieve the phenotyping bottleneck // Trends in Plant Science. 2011. V. 16. № 12. P. 635–644.
  89. Васильев А.Г. Эпигенетические основы фенетики: на пути к популяционной мерономии. Екатеринбург: Изд-во “Академкнига”, 2005. 640 с.
  90. Johannsen W. The genotype conception of heredity // Amer. Nat. 1911.V. 45. P. 129–159.
  91. Johannsen W. Some remarks about units in heredity // Hereditas. 1923. V. 4. P. 133–141.
  92. Оленев Г.В. Альтернативные типы онтогенеза цикломорфных грызунов и их роль в популяционной динамике (экологический анализ) // Экология. 2002. № 5. С. 341–350.
  93. Wright J., Bolstad G.H., Araya-Ajoy Y.G., Dingemanse N.J. Life-history evolution under fluctuating density-dependent selection and the adaptive alignment of pace-of-life syndromes // Biological Reviews. 2019. V. 94. P. 230–247.
  94. Васильева Н.А. Синдром темпа жизни (pace-of-life syndrome, POLS): эволюция концепции // Зоол. журн. 2021. Т. 100. Вып. 9. P. 269–283.
  95. Алеев Ю.Г. Жизненная форма как система адаптаций // Успехи совр. биол. 1980. Т. 90. № 3. С. 462–477.
  96. Renaud S., Auffray J.-C. The direction of main phenotypic variance as a channel to morphological evolution: case studies in murine rodents // Hystrix, the Italian Journal of Mammalogy. 2013. V. 24. № 1. P. 85–93.
  97. Bošković A., Rando O.J. Transgenerational epigenetic inheritance // Annual Rev. Genet. 2018. V. 52. P. 21–41.
  98. Bell A.M., Hellmann J.K. An integrative framework for understanding the mechanisms and multigenerational consequences of transgenerational plasticity // Annual Rev. of Ecology Evolution and Systematics. 2019. V. 50. № 1. P. 1–22.
  99. Уоддингтон К.Х. Организаторы и гены. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1947. 240 с.
  100. Уоддингтон К.Х. Морфогенез и генетика. М.: Мир, 1964. 267 с.
  101. Васильев А.Г. Феногенетическая изменчивость и популяционная мерономия // Журн. общ. биол. 2009. Т. 70. № 3. С. 195–209.
  102. Ricklefs R.E. Evolutionary diversification, coevolution between populations and their antagonists, and the filling of niche space // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. № 4. P. 1265–1272.
  103. Шишкин М.А. Эволюция как эпигенетический процесс // Современная палеонтология. Т. 2. Ч. 7. Общие закономерности эволюции органического мира. М.: Недра, 1988. С. 142–168.
  104. Болдуинъ Д.М. Духовное развитие детского организма и человеческого рода. Методы и процессы. Ч. I. М.: Московское книгоиздательство, 1911. 338 с.
  105. Hall B.K. Organic selection: proximate environmental effects on the evolution of morphology and behaviour // Biology and Philosophy. 2001. V. 16. P. 215–237.
  106. Васильев А.Г., Большаков В.Н., Васильева И.А., Синева Н.В. Последствия интродукции ондатры в Западной Сибири: морфофункциональный аспект // Российский журн. биол. инвазий. 2016. № 4. С. 2–13.
  107. Drake A.G., Klingenberg C.P. Large-scale diversification of skull shape in domestic dogs: disparity and modularity // Amer. Nat. 2010. V. 175. № 3. P. 289–301.
  108. Mina M.V., Mironovsky A.N., Dgebuadze Yu.Yu. Lake Tana large barbs: phenetics, growth and diversification // Journal of Fish Biology. 1996. V. 48. P. 383–404.
  109. de Graaf M., Megens H.-J., Samallo J., Sibbing F. Preliminary insight into the age and origin of the Labeobarbus fish species flock from Lake Tana (Ethiopia) using the mtDNA cytochrome b gene // Molec. Phylogenetics and Evol. 2010. V. 54. P. 336–343.
  110. Мина М.В., Мироновский А.Н., Дгебуадзе Ю.Ю. Полиморфизм по пропорциям черепа у крупных африканских усачей Barbus intermedius sensu Banister (Cyprinidae) из озер Аваса и Лангано (Рифтовая Долина, Эфиопия) // Вопросы ихтиологии. 2016. Т. 56. № 4. С. 403–409.
  111. Turesson G. The species and the variety as ecological units // Hereditas. 1922. V. 3. P. 100–113.
  112. Лэк Д. Дарвиновы вьюрки. М.: Изд-во иностр. Лит-ры, 1949. 200 с.
  113. Skinner M.K., Gurerrero-Bosagna C., Haque M.M. et al. Epigenetics and the evolution of Darwin’s Finches // Genome Biol. Evol. 2014. V. 6. № 8. P. 1972–1989.
  114. Васильев А.Г., Васильева И.А., Городилова Ю.В., Добринский Н.Л. Принцип компенсации Ю.И. Чернова и влияние полноты состава сообщества грызунов на изменчивость популяции рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) на Среднем Урале // Экология. 2017. № 2. С. 116–125. [Vasil’ev A.G., Vasil’eva I.A., Gorodilova Yu.V., Dobrinskii N.L. Chernov’s compensation principle and the effect of rodent community completeness on the variability of Bank vole (Clethrionomys glareolus) population in the Middle Urals // Russ. J. Ecology. 2017. V. 48. № 2. P. 161–169.]
  115. Bolnick D.I., Fitzpatrick B.M. Sympatric speciation: models and empirical evidence // Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2007. V. 38. P. 459–487.
  116. Huxley J.S. Evolution. The modern synthesis. London: Allen and Unwin, 1945. 645 p.
  117. Maynard Smith J. Sympatric speciation // Amer. Nat. 1966. V. 100. P. 637–650.
  118. Шишкин М.А. Эволюционная теория и научное мышление // Палеонтол. журн. 2010. № 6. С. 3–17.
  119. Гродницкий Д.Л. Две теории биологической эволюции. 2-е изд., переработ. и дополн. Саратов: Изд-во “Научная книга”, 2002. 160 с.
  120. Schliewen U., Rassman K., Markmann M. et al. Genetic and ecological divergence of a monophyletic cichlid species pair under fully sympatric conditions in Lake Ejagham, Cameroon // Mol. Ecol. 2001. V. 10. P. 1471–1488.
  121. Blackburn T.M., Gaston K.J. Macroecology: concepts and consequences. Oxford: Blackwell, 2003. 442 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (304KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.Г. Васильев

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies