Автоматные модели динамики численности, возрастной и генетической структуры популяций растений Комаров Александр Сергеевич Институт физико-химических и. - презентация

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

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 весеннего Ficaria verna

6 Возрастные состояния деревьев

7 Жизненные формы растений

8 Множество соседей клетки (i,j)

9 Моделирование вегетативного размножения

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

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

12 Вегетативное расселение в разных половинах онтогенеза 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 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 параметров Структура взаимного размещения соседей в разных возрастных состояниях при разных значениях параметров A. k = 5, veg = 2 B. k = 5, veg = 2

16 Реакция популяции на случайное уничтожение отдельных растений Реакция популяции на случайное уничтожение отдельных растений P d = 0.0 P d = 0.1

17 Pd = 0.1 Pd = 0.5 Возрастный спектр популяции при разных интенсивностях случайного уничтожений Pd = 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 Гауссовское уничтожение растений перпендикулярно тропинке и гистограммы частот встречаемости растений вдоль тропинки Тропинка Гауссовское 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 сообщества А – при отсутствии фитогенного поля Б – при наличии фитогенн ого пол я

28 Динамика двухвидового сообщества А – при отсутствии фитогенного поля, Б – при наличии фитогенного поля А шаги моделирования число растений вид 1 вид 2 Б шаги моделирования число растений вид 1 вид 2

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 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 уничтожения растений, 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. В рамках объединения представлений концепции дискретного описания онтогенеза растений и клеточно-автоматного моделирования:

32 The END Спасибо за внимание! Продолжение следует…