тема для самостоятельного изучения : Множества. Операции над множествами.

 Множество популяций или трофических уровней, составляющих односвязную трофическую сеть с наличием в ней замкнутых циклов соединений биогенных элементов с присоединением участвующих в этих циклах элементов неживой природы, образует экосистему, или биогеоценоз (Ез). Из данного определения следует, что экосистема в отличие от сообщества обязательно включает в себя автотрофные элементы, так как в противном случае невозможно получение замкнутых биогеохимиче-ских циклов.[ ...]

В то время как ресурсы, потребляемые растениями, совершенно необходимы для их питания, ресурсы, используемые животными, большей частью являются взаимозаменяемыми (substitutable resources). Таким образом, животное может существовать, потребляя только один из ресурсов. Возможно множество вариантов влияния двух или нескольких взаимозаменяемых ресурсов на скорость роста популяции. Животное может использовать все ресурсы, то-есть быть генерал истом. В этом случае изоклины нулевого прироста будут прямолинейными. В противоположной ситуации маленькое животное, живущее в неоднородной (мозаичной) среде, может специализироваться на одном ресурсе и потреблять только его. Это могло бы оказаться для него выгодным в том случае, когда поиск и потребление обоих ресурсов одновременно требует больших затрат. Такие затраты могут включать энергетическую стоимость передвижения от од но го участка до следующего, риск гибели от хищников во время таких перемещений, и т.п. Если животные используют разные ресурсы по-очередно, специализируясь на каждом из них в течение некоторого времени, это называется фуражировкой в манере переключения (foraging in a switching manner). В предельном случае животное должно потреблять всегда только один из ресурсов, а именно тот, который в данный момент обеспечивает наибольшие выгоды.[ ...]

При изучении популяций таких организмов составить когортную таблицу выживания еще труднее, чем при изучении однолетников. Особей из одной и той же когорты нужно узнавать, за их жизнью нужно следить (нередко в течение долгих лет), а это осложняется тем, что особи из изучаемой когорты сосуществуют и повсюду смешиваются с особями из множества других когорт — и тех, что старше, и тех, что моложе. Впрочем, в работе Jloy (Lowe, 1969) такое слежение за отдельной когортой оказалось возможным. Оно было составной частью обширной программы изучения благородных оленей (Cervus elaphus), населявших небольшой шотландский островок Рам. Благородные олени иногда доживают до 16 лет, а самки могут приносить приплод ежегодно начиная с четвертого лета. В 1957 г. Лоу и его сотрудники выполнили тщательную перепись всех обитавших на острове оленей (включая телят — оленей, которым еще не исполнилось года). Изучавшаяся в дальнейшем когорта («когорта Лоу») состояла из тех оленей, которые в 1957 г. были телятами. Затем с 1957 по 1966 гг. исследовался каждый застреленный на острове олень (отстрел был жестко регламентирован, поскольку остров Рам представляет собой заказник Совета по охране природы). Кроме того, по всему острову разыскивались трупы оленей, погибших от естественных причин. По состоянию зубов (по степени их износа, по выпадению старых и прорезыванию новых) надежно определялся возраст каждого погибшего оленя. Это позволило опознать среди них тех, что были телятами в 1957 г. К 1966 г. уже была зарегистрирована гибель 92% особей этой когорты; о каждой из погибших особей было известно, до какого именно возраста она дожила. Когортная таблица выживания для самок представлена в табл. 4.3, а соответствующая кривая выживания — на рис. 4.12. Судя по всему, с возрастом риск гибели довольно закономерно увеличивается (кривая выживания выпуклая).[ ...]

Таким образом, как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В экосистемах, образованных только микроорганизмами, консументы отсутствуют. В каждую группу входит множество популяций разных видов, населяющих экосистему.[ ...]

Алфавит — это конечное множество; другие множества, например «все целые числа», содержат бесконечное число элементов. Совокупность переменных состояния в модели системы образует множество, равно как и уравнения, описывающие эти переменные. Популяция — это множество животных или растений, каждый элемент которого (индивидуальный организм) может быть идентифицирован в результате детального исследования морфологических, физиологических и поведенческих признаков. Признаки, используемые при определении элементов множества, образуют сами другое множество, и т. д.[ ...]

В тропическом лесу существует множество экологических ниш. Следовательно, там развиты конкуренция и симбиоз, а потому популяции видов будут немногочисленными. Но само их разнообразие будет обеспечивать устойчивость сообщества, так как всегда найдутся популяции, которые выживут при изменениях среды. И напротив, если сообщество существует в тяжелых условиях (недостаток тепла, влаги, пищи), то могут жить лишь немногие виды, между которыми не будет жесткой конкуренции, и в этом случае экосистеме угрожают любые непредсказуемые воздействия.[ ...]

Величина и устойчивость природных популяций зависят не только от рождаемости (Ь) и смертности (d) особей, как это предполагается в простых детерминистских моделях, рассмотренных нами ранее. Даже если Ь > d и, следовательно, существует тенденция к росту численности, популяция может пострадать от неблагоприятных внешних факторов, таких как засуха, морозы, или ураганы. Кроме того, в любой популяции существует и некоторая внутренняя неопределенность относительно ближайших изменений ее численности, связанная со стохастической природой демографических процессов. Выживаемость и плодовитость конкретных особей в популяции может варьировать в очень широких пределах и быть зависимой от множества случайностей. Именно эти индивидуальные вариации продолжительности жизни и плодовитости особей и порождают так называемую демографическую стохастич-ность. Если популяция достаточно велика, то случайные процессы очень незначительно влияют на ее величину, и ими вполне можно пренебречь, вычисляя будущую численность на основе средних для популяции величин выживаемости и плодовитости (что мы и делали в рассмотренных ранее моделях). Однако, в маленьких популяциях, каковыми нередко являются популяции редких, исчезающих и охраняемых видов, отклонения, обусловленные индиводуальными и случайными различиями особей, могут быть весьма существенными.[ ...]

Однако такого в природе не происходит, так как существует множество ограничивающих факторов. Но есть примеры, когда при замедлении роста, т. е. при снижении г, экспоненциальный рост сохраняется, может он возникать и на коротких отрезках жизни популяций.[ ...]

В состав любой экосистемы или биоценоза обычно входит множество видов растений, животных, грибов, бактерий, каждый из которых представлен здесь популяцией. Все живые организмы испытывают влияние со стороны организмов как своего, так и других видов.[ ...]

Конкретный вид связи между чистой скоростью пополнения популяции и ее плотностью меняется в зависимости от особенностей биологии рассматриваемого вида (например, фазаны, мухи и киты на рис. 6.8). Кроме того, поскольку скорость пополнения зависит от множества факторов, все эмпирические точки никогда не ложатся точно на какую-либо определенную кривую.[ ...]

Экологу сообщество интересно в значительной степени тем, каков его видовой состав, к каким группам принадлежат обнаруженные виды, каковы численности и (или) биомассы соответствующих популяций. Численность определяется соотношением между рождаемостью и смертностью, а также между вселением (иммиграцией) и выселением (эмиграцией). Как мы со временем увидим, закономерности рождаемости и смертности накладывают на образ жизни популяций глубочайший отпечаток. Некоторые из множества таких закономерностей обсуждаются в гл. 4.[ ...]

Гомеостазирование популяционных функций связано с такими показателями, как численность и плотность населения. Это положение исходно предусматривает динамический характер основных популяционных параметров: Как численность популяции, так и ее выражение, отнесенное к единице пространства, не остается одинаковым во времени. Свойственные популяции процессы постоянного воспроизведения сопровождаются столь же постоянным отмиранием особей. В силу многих причин не остается неизменной и возможность заселения отдельных элементов ландшафта: «емкость угодий» меняется в сезонном и многолетнем масштабе, что определяет динамику параметров плотности населения даже при постоянном уровне репродукции. В конкретных популяциях, локализованных в определенных границах пространства, постоянно происходят процессы притока особей извне и выселения определенной части населения за пределы популяции. Все эти процессы детерминируют пульсирующий, динамический характер популяции как системы, составленной множеством отдельных организмов. Будучи представителями одного вида, организмы в составе популяции несут рад общих признаков, определяющих биологическую специфику популяции в целом и ее место в функционировании глобальных систем биологического круговорота. В то же время составляющие популяцию особи отличаются друг от друга по полу, возрасту, генетическим особенностям и месту в функциональной структуре популяции. На этой основе формируются такие фундаментальные популяционные процессы, как типы воспроизводства и смертности, масштабы и формы пространственной дисперсии, общий уровень биологической активности и др.[ ...]

Названные три критерия определения экологической ниши удобно обозначать как пространственную, трофическую и многомерную ниши. Пространственная ниша, или ниша местообитания, может быть названа «адресом» организма. Трофическая ниша характеризует особенности питания и, следовательно, роль организма в сообществе, как бы его «профессию». Многомерная, или гиперп-росгранственная, ниша - это диапазон всех условий, при которых живет и воспроизводит себя особь или популяция. Для интерпретации этого понятия используется теория множеств. Многомерная ниша - это область в гиперпространстве, измерениями которого служат различные экологические факторы; она охватывает диапазоны толерантности по каждому фактору-измерению. Такой акцент исключает из рассмотрения функциональный и поведенческий аспекты ниши.[ ...]

Фейблмен (Feibleman, 1954) считал, что при каждом объединении подмножеств в новое множество возникает по меньшей мере одно новое свойство. Солт (Salt, 1979) предлагает различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие — свойства целого, но совокупные свой» ства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость — пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств. Саймон (Simon, 1973) показал математически, что интегрированные иерархические системы быстрее возникают из составляющих их частей, чем неиерархические системы, имеющие такое же число элементов; они также более пластичны в отношении к нарушениям. Теоретически если разложить иерархическую систему на субсистемы разного уровня, то последние могут продолжать взаимодействовать и снова организуются, достигая более высокого уровня сложности (László, 1972).[ ...]

Независимый от плотности рост - это простейшая модель изменения численности популяции во времени, основанная на устранения из рассмотрения множества факторов, которые усложняют этот процесс в природе. Так, на динамику естественных популяций оказывают влияние две совокупности взаимодействующих процессов: рождаемость и иммиграция увеличивают число особей в популяции, тогда как смертность и эмиграция уменьшают его. Для того, чтобы упростить ситуацию, предположим, что: (1) процессы иммиграции и эмиграции уравновешивают друг друга так, что лишь рождение и гибель особей влияют на плотность популяции; (2) все особи идентичны друг другу, в особенности в отношении их способности к размножению и вероятности гибели; (3) популяция состоит лишь из партеногенетических самок, т.е. мы можем игнорировать все сложности, связанные с обоеполым размножением, и (4) ресурсы среды бесконечны и поэтому только врожденные способности особей к размножению и их смертность влияют на величину популяции. Эти предположения позволяют построить упрощенную модель роста популяции. Представляется очень полезным проанализировать подобную модель в двух вариантах в соответствии с двумя основными типами жизненных циклов организмов в природе.[ ...]