Автоматные модели динамики численности, возрастной и генетической структуры популяций растений

1. Автоматные модели динамики численности, возрастной и генетической структуры популяций растений Комаров Александр Сергеевич Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,Пущино) www.ecomodelling.ru

2. Трудности при моделировании динамики популяций и сообществ растений • Размещение неподвижных особей в пространстве • Локальные взаимодействия между соседними растениями • Вегетативное разрастание дочерних растений • Поливариантность онтогенеза • Различная популяционная роль особей в различных стадиях онтогенеза • Дискретность • Случайность • Многокомпонентность • Нелинейность

3. Клеточно-автоматные модели на основе концепции дискретного описания онтогенеза растений

4. Онтогенетические периоды и возрастные состояния растений

5. Возрастные состояния чистяка весеннегоFicariaverna

6. Возрастные состояния деревьев

7. Жизненные формы растений

8. Множество соседей клетки (i,j)

9. Моделирование вегетативного размножения

10. Параметры простейшей клеточно-автоматной модели Ps = интенсивность семенного возобновления k = максимальная длительность жизни veg = возрастное состояние с однократным вегетативным размножением L = радиус соседства на решетке (дальность распространения дочерних особей) Pd = интенсивность случайной гибели растений (вытаптывание, стравливание)

11. Динамика СA популяции при k = 5, veg = 2

12. Вегетативное расселение в разных половинах онтогенезаk = 5, veg = 2 k = 5, veg = 3

13. Динамика CA популяции при k = 5, veg = 3

14. Вегетативное расселение в разных половинах онтогенезаk = 5, veg = 2 k = 5, veg = 3

15. Структура взаимного размещения соседей в разных возрастных состояниях при разных значениях параметровA. k = 5, veg = 2 B. k = 5, veg = 2

16. Реакция популяции на случайное уничтожение отдельных растенийPd = 0.0 Pd = 0.1

17. Возрастный спектр популяции при разных интенсивностях случайного уничтоженийPd = 0.1 Pd = 0.5

18. Адаптация популяции к разным интенсивностям случайного уничтожения

19. Восстановление популяции после сильного однократного воздействия при разной интенсивности фонового нарушения

20. Средняя численность популяции в зависимости от вероятности уничтожения τ veg = 3.

21. ТропинкаГауссовское уничтожение растений перпендикулярно тропинке и гистограммы частот встречаемости растений вдоль тропинки* - молодые растения, о – старые растения│ - интенсивность вытаптывания

22. Тропинка в Зеленой зоне г.Пущино

23. Клеточно-автоматная модель двухвидового сообщества растений

24. Фитогенное поле – это «часть пространства, в пределах которого среда приобретает новые свойства, определяемые присутствием в ней данной особи растения» (Уранов, 1965) В модели фитогенное поле вводится как вероятность укоренения молодого растения в зависимости от расстояния до особи другого вида

25. Динамика двухвидового сообщества при отсутствии фитогенного поля

26. Динамика двухвидового сообщества при наличии фитогенного поля

27. Пространственная структура двухвидового сообществаА – при отсутствии фитогенного поляБ – при наличии фитогенного поля

28. А Б 12000 12000 10000 вид 1 вид 1 вид 2 10000 вид 2 8000 8000 число растений 6000 число растений 6000 4000 4000 2000 2000 0 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 шаги моделирования шаги моделирования Динамика двухвидового сообществаА – при отсутствии фитогенного поля, Б – при наличии фитогенного поля

29. Этюд по генетике популяций Предположим, что растение семенного происхождения содержит в себе уникальный генотип, а растения вегетативного происхождения повторяют генотип материнского растения Какая доля генотипов выживет при одинаковом случайном заселении при разных интенсивностях возобновления?

30. А, Б – размножение в первой половине онтогенеза, В, Г – во второй

31. В рамках объединения представлений концепции дискретного описания онтогенеза растений и клеточно-автоматного моделирования: разработаны модели трех основных биоморф растений, с их помощью установлены онтогенетические параметры растений, определяющие динамику, возрастную и пространственную структуры популяции: онтогенетический возраст времени размножения, в том числе и вегетативного, степень омоложения дочерних растений при вегетативном размножении, поливариантность онтогенеза ; подробно проанализировано неравномерное прохождение онтогенеза (динамическая поливариантность) и показана его роль в устойчивости популяций; проанализированы с помощью моделей механизмы, управляющие популяционной динамикой: интенсивность семенного возобновления, интенсивность и характер случайного независимого уничтожениярастений, разработаны модели взаимодействующих популяций двух разных видов растений, в которых взаимодействие определяется в рамках понятия фитогенного поля по А.А.Уранову, показана важнейшая роль таких взаимодействий в совместной динамике сообщества; проанализированы внутрипопуляционные волны разных темпов развития растений, показана их возможная роль в управлении посевами хлебных злаков и кормовых растений.

32. The END Спасибо за внимание! Продолжение следует…