Funktionell ekvivalens (ekologi)
Inom ekologi är funktionell ekvivalens (eller funktionell redundans) det ekologiska fenomenet att flera arter som representerar en mängd olika taxonomiska grupper kan dela liknande, om inte identiska, roller i ekosystemfunktionalitet ( t.ex. kvävefixerare, algskrapor, asätare) . Detta fenomen kan gälla både växt- och djurtaxa. Idén presenterades ursprungligen 2005 av Stephen Hubbell , en växtekolog vid University of Georgia. Denna idé har lett till ett nytt paradigm för klassificering på artnivå - att organisera arter i grupper baserat på funktionell likhet snarare än morfologisk eller evolutionär historia. I den naturliga världen har flera exempel på funktionell ekvivalens mellan olika taxa uppkommit analogt.
Växt-pollinator relationer
Ett exempel på funktionell ekvivalens visas i växt-pollinatorförhållanden, varvid en viss växtart kan utveckla blommorfologi som väljer pollinering av en mängd taxonomiskt icke-relaterade arter för att ge samma funktion (fruktproduktion efter pollinering). Till exempel odlar den örtartade växten spiny madwort ( Hormathophylla spinosa ) blommor som är formade så att taxonomiskt obesläktade pollinatorer beter sig nästan identiskt under pollineringen. Ur växtens perspektiv är var och en av dessa pollinatörer funktionellt likvärdiga och utsätts därför inte för specifika selektiva tryck. Variation i form och struktur hos både blommor och frömorfologi kan vara en källa till selektivt tryck för djurarter att utveckla en mängd olika morfologiska egenskaper , men ger samtidigt samma funktion till anläggningen.
Mekanismer för spridning av frön från växt-djur
Växt-djur interaktioner i termer av spridning av frö är ett annat exempel på funktionell ekvivalens. Bevis har visat att de flesta växter under loppet av miljontals år har bibehållit evolutionär egenskapsstabilitet när det gäller storleken och formen på deras frukter. Men de djurarter som konsumerar och sprider fröna i frukterna har utvecklats fysiskt i en snabbare takt än växterna de livnär sig på. Djurarter har med andra ord förändrats och utvecklats mer än vad växterna har ändrat sin morfologi för fröer och frukter. Funktionell ekvivalens hos djurarterna som konsumerar och sprider fröna kan förklara förmågan för dessa växter att fortsätta att överleva utan genetiska förändringar i deras frukt/frömorfologi. Som med Hormathophylla- exemplet ovan, utsätts inte växtarterna för selektiva tryck på samma sätt som djur.
Metabolitproduktion
Ett annat exempel är den analoga utvecklingen av växtmetabolitproduktion som ett svar på växtätande . I det här fallet har olika växtarter utvecklat olika mekanismer för kemiskt repellerande till växtätare, men varje respons ger samma funktion - resistens mot växtätare. I vissa fall kan växter som lever i helt olika miljöer (geografisk separation) och som inte är taxonomiskt relaterade utveckla olika metaboliter som ger samma funktion till växten - skydd mot växtätande. Detta är ytterligare ett exempel på funktionell likvärdighet bland taxonomiskt obesläktade arter.
Symbiotiska relationer
Många fall av funktionell ekvivalens kan existera inom mikrobiella symbionter och deras associerade värd. Några exempel på dessa inkluderar den stora mångfalden av mikrober inom termiter matsmältningskanaler och den mänskliga tarmmikrobiomet. I dessa miljöer tillhandahåller ett stort antal taxonomiskt olika organismer funktionen av matsmältning och cellulosanedbrytning. Dessa mikrobiella organismer har med största sannolikhet utvecklats under liknande förhållanden men vid olika tidpunkter, och de har nu upptäckts interagera med varandra och ger samma funktion till sin värdorganism.
Funktionell likvärdighet och biologisk mångfald
Nyligen har biologer använt idén om funktionell ekvivalens, ibland kallad funktionell redundans, för att göra förutsägelser om hur man bäst hanterar ekosystem och deras mikrokosmos. Det är en vanlig missuppfattning att höga grader av taxonomisk mångfald inom ett ekosystem i slutändan kommer att resultera i ett hälsosammare, mycket funktionellt system. Till exempel, ett ekologiskt mikrokosmos som består av 30 arter av baljväxter (som tillför fixerat kväve till jorden) fyller bara en ekosystemfunktion (kvävefixering) trots att det är rikt taxonomiskt. Å andra sidan kan ett ekosystem som innehåller låg taxonomisk mångfald men hög funktionell mångfald vara mer hållbart. Nyligen genomförda studier har hävdat att ett ekosystem kan bibehålla optimal hälsa genom att varje ekosystems funktionella grupp representeras av många taxonomiskt obesläktade arter (funktionell ekvivalens). Med andra ord kan ett ekosystem potentiellt vara på sin högsta nivå av integritet om det är både funktionellt och taxonomiskt rikt.
Skepsis
Vissa biologer har ifrågasatt betydelsen av teorin om funktionell ekvivalens. Till exempel påpekar Loreau att det i faktiska tester av funktionell ekvivalens är svårt att dra koncisa slutsatser om huruvida teorin är sund eller inte på grund av teorins komplexitet och överförenkling. Till exempel tar många studier som testar effekterna av artförlust och funktionell redundans sällan upp tvetydigheten om huruvida funktionalitet verkar på individ- eller populationsnivå och möjligheten för flera nischdimensioner att överlappa varandra.
I slutändan är hypotesen om funktionell ekvivalens en som är välkänd bland systemekologer och evolutionsbiologer och är ett aktivt område inom modern forskning för att fastställa kvantitativa exempel. Ytterligare forskning behövs dock för att kvantifiera effekterna av artförluster på ekosystemfunktioner för att ge mer bevis för att stödja hypotesen om funktionell ekvivalens.