Введение Анализ данных и моделирование репродукции и продолжительности жизни средиземноморской плодовой мухи Каркач А.С. Романюха А.А. Институт вычислительной. - презентация

1 Введение Анализ данных и моделирование репродукции и продолжительности жизни средиземноморской плодовой мухи Каркач А.С. Романюха А.А. Институт вычислительной математики РАН (Москва) +7 (495) , +7 (495) , Результаты Проанализированы данные по влиянию изменений в питании на продолжительность жизни и репродукцию у плодовых мух Промоделировано перераспределение ресурса в зависимости от питания. Показано, что отрицательная связь между репродукцией и продолжительностью жизни наиболее заметна у долгоживущей части популяции. Проанализированы условия и ограничения, при которых происходит перераспределение ресурса. Предложен принцип «адаптивного перераспределения ресурса», который позволяет организму приспосабливаться к условиям окружающей среды в условиях ограничений так, чтобы повысить свою приспособленность. Динамическое распределение ресурса позволяет описать данные репродукции и продолжительности жизни для мух с большой и малой продолжительностью жизни. Продолжительность жизни многих организмов может значительно увеличиваться по в неблагоприятных условиях. Такое продление жизни может служить для «переживания» плохих условий. Так, при определённых условиях продолжительность жизни Средиземноморской плодовой мухи C. capitata на питании, не содержащем белок, увеличивается до 2 раз относительно нормальной (Carey, 1998). Продолжительность жизни часто отрицательно связана с репродукцией. Механизмы и количественные характеристики этой связи мало изучены. Существование такой отрицательной связи приводит к идее о существования у мухи общего метаболического ресурса, разделяемого между репродукцией и поддержанием организма. Предположительно этот ресурс распределяется между «конкурирующими» метаболическими системами в начале жизни организма и может впоследствии перераспределяться в зависимости от внешних условий так, чтобы обеспечить организму максимальную приспособленность. Литература Carey J.R., Liedo P., Harshman L., Liu X., Muller H.-G., Partridge L., Wang, J.-L. Food pulses increase longevity and induce cyclical egg production in Mediterranean fruit flies // Functional Ecology Vol. 16, Pp. 313–325. Carey J.R., Liedo P., Muller H.-G, Wang J.-L., Vaupel J.W. Dual Modes of Aging in Mediterranean Fruit Fly Females // Science Vol. 281, Pp. 996–998. Romanyukha A.А., Carey J.R., Karkach A.S., Yashin A.I. The impact of diet switching on resource allocation to reproduction and longevity in Mediterranean fruitflies // Proc. R. Soc. Lond. B. Vol. 271, Pp. 1319–1324. Рис. 1. Средиземноморская плодовая муха C.capitata Результаты Рис. 4. Средняя продолжительность жизни и среднее количество отложенных яиц мухами различных когорт питания для всех мух ( ) и групп «25% короткоживущих» ( ), «25% долгоживущих» () каждой когорты в эксперименте (закрашенные символы) и в модели (открытые символы). А) Показана стандартная ошибка среднего. Б) На основном графике линией показана регрессионная прямая, проведённая через точки средних в группе «долгоживущие». Врезка: точки средних для групп «25% долгоживущих» ( ) и «25% самых яйцекладущих» ( ) и соответствующие им регрессионные прямые (простая и пунктир). Пары мух (самец и самка) Индивидуальные контейнеры 2 компонента питания: s – только сахар и вода p – полноценное питание, содержащее гидролизат дрожжей (белки), сахар, воду и витамины. 5 циклических питаний, состоящих из 1 дня состава p и 1, 3, 5, 10, либо 20 дней состава s 2 контроля: питание составом s всю жизнь и питание составом p всю жизнь. Питания обозначены: s, p, 1, 3, 5, 10, 20 На каждой диете содержалась когорта мух в 100 пар. Измерялись: продолжительность жизни каждой самки и количество отложенных ежедневно яиц. Эксперимент Рис. 2. Среднее количество яиц, отложенных самкой в день, на питании: a) диета p всю жизнь (вставка: диета s всю жизнь), (b) питание 1, (с) питание 3, (d) питание 5, (e) питание 10, (f) питание 20 (Carey, 2002) Рис. 3. Репродуктивная история жизни мух в когортах. Каждая горизонтальная линия – жизнь одной мухи. Цветами обозначена интенсивность яйцекладения. Мухи упорядочены по продолжительности жизни (Carey, 2002) Разделение мух по продолжительности жизни Модель Рис. 5. Схема модели усвоения и перераспределения ресурсов. Два ресурса: невосполняемый перераспределяемый (R) и восполняемый неперераспределяемый (Λ); Дискретное время (шаг 1 сутки); Индивидуальный и популяционный уровни описания. Описывает динамику репродукции мухи в течение жизни и продолжительность жизни; Мы предполагаем, что у мух в результате эволюции сформировалась адаптивная стратегия перераспределения ресурсов, которая состоит в следующем. При недостаточном качестве питания (н.п. при отсутствии в пище белка, необходимого для размножения) в организме ресурсы перераспределяются таким образом, чтобы увеличить продолжительность жизни за счёт некоторого снижения репродуктивного потенциала. Это позволяет дождаться нового поступления белка, либо продлить жизнь при скудном рационе и таким образом увеличить суммарное количество отложенных яиц и, следовательно, приспособленность. Принцип адаптивного перераспределения ресурса А)Б) The 15th International Conference Mathematics. Computing. Education January 28 – February 2, 2008, Dubna, Russia