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

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

Клеточно-автоматные модели на основе концепции дискретного описания онтогенеза растений

Онтогенетические периоды и возрастные состояния растений

Возрастные состояния чистяка весеннего Ficaria verna

Возрастные состояния деревьев

Жизненные формы растений

Множество соседей клетки (i,j)

Моделирование вегетативного размножения

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)

Динамика СA популяции при k = 5, veg = 2

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

Динамика CA популяции при k = 5, veg = 3

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

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

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

Pd = 0.1 Pd = 0.5 Возрастный спектр популяции при разных интенсивностях случайного уничтожений Pd = 0.1 Pd = 0.5

Адаптация популяции к разным интенсивностям случайного уничтожения

Восстановление популяции после сильного однократного воздействия при разной интенсивности фонового нарушения

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

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

Тропинка в Зеленой зоне г.Пущино

Клеточно-автоматная модель двухвидового сообщества растений

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

Динамика двухвидового сообщества при отсутствии фитогенного поля

Динамика двухвидового сообщества при наличии фитогенного поля

Пространственная структура двухвидового сообщества А – при отсутствии фитогенного поля Б – при наличии фитогенн ого пол я

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

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?

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

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:

The END Спасибо за внимание! Продолжение следует…