Природы должно быть много Биология Охраны Природы

Природы должно быть много Биология Охраны Природы : Одна популяция А. В. Коросов 1

Популяции – это точка приложения воздействий среды на биоту, поскольку принадлежит к двум системам интеграции: виду и экосистеме: объект БОП вид 2 экосистема

Популяции – группа сходных (фены) особей одного вида, отличается панмиксией, занимает свой ареал, существует очень долго, реагирует на условия как целое 3

Проблемы для вида и популяции начинаются с инсуляризации (фрагментации) ареала (местообтаний), которую привносит в природу человек своей деятельностью 4

Происходит утрата биоразнообразия популяций, которая в современных условиях существенно более значительна, чем утрата видового разнообразия ‒ 30% 5 ‒ 70%

Важные характеристики популяции: ‒ уровень гетерозиготности (инбридинга) ‒ соотношение полов ‒ эффективная численность ‒ плодовитость ‒ плотность (косвенная оценка качества местообитаний) ‒ скорость роста ‒ динамика реальной численности (площадь и качество) Все они описывают популяцию с точки зрения вероятности вымирания локальных популяций – и подбора возможных специфических мер для предотвращения этого 6

Гетерозиготность – свойство генотипа нести в каждой гомологичной хромосоме разные аллели одного гена. кроссинговер и рекомбинация 7 Гомозиготность – в каждой гомологичной хромосоме имеются идентичные аллели одного гена.

Гетерозиготность – свойство генотипа нести в каждой гомологичной хромосоме разные аллели одного гена. Гены собраны в отдельные нити ДНК, обособленных как хромосомы. В геном многих особей похожие (гомологичные) хромосомы приходят от родителей, поэтому есть несколько пар гомологичных хромосом. Получается, что гены каждой особи продублированы. При этом у каждого гена есть немного различные варианты (аллели), связанные с мутированием и отбором. Если у одной особи в гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллели, говорят о гомозиготности, если разные – о гетерозиготности по данному гены (локусу). 8 Гаплотипы человека (слева, 21 хромосомы) и шимпанзе (справа, 22 хромосомы)

Гомозиготность = нежизнеспособные мутанты 9

При уменьшении гетерозиготности падает приспособленность особей, в том числе плодовитость (А) Скорость роста моллюска Mulinia lateralis в течение двух недель после сбора личинок. (Б) Потребление кислорода американской устрицей (Crassostera virginica); низкое потребление кислорода указывает на более высокую эффективность метаболизма. (В) Морфологическая ассиметрия у радужной форели (Oncorhynchus mykiss); большая ассиметрия указывает на меньшую стабильность развития. 10

Более гомозиготные особи менее жизнеспособны и погибают быстрее ‒ в старших возрастных группах гетерозиготность повышается 11

Чем меньше популяция, тем ниже уровень ее гетерозиготности (в больших природных популяциях – до 0, 3) 12 (А) Halocarpus bidwillii, хвойное дерево из Новой Зеландии (r = 0, 94). (Б) Краснолобый дятел (Picoides borealis) с Юго-Востока Соединенных штатов (r = 0, 48). (А Billington 1991; Б по данным Strangel et al. , 1992).

В локальных популяциях, изолированных или удаленных от других, растет гомозиготность; если этот процесс идет быстро, это опасно для популяции 13

Биоразнообразие популяции – это, прежде всего, генетическое разнообразие (ГР), степень гетерозиготности; общее ГР делят на межпопуляционное и внутрипопуляционное ГР (аналогично ‒ метапопуляционное и популяционное) Кружки ‒ три популяции. Внутрипопуляционная (Н 1, Н 2 и Н 3) и Нр – средняя гетерозиготность. Стрелки ‒ межпопуляционная дивергенция (D 12, D 23 и D 13). Dpt – средняя дивергенция. 14

Моделирование показывает, что в силу дрейфа генов (случайного изменения скорости воспроизводства генотипов) нейтральные (рецессивные) аллели быстро утрачиваются 15

В силу дрейфа генов рецессивные аллели быстро утрачиваются, и остаются однотипные гомозиготы – но это только в малых изолированных популяциях 16

Инбредная депрессия: увеличение частот появления вредных рецессивных аллелей – снижение жизнестойкости особей, плодовитости, появление аномальных сперматозоидов, появлению в потомстве наследственных болезней, морфологических аномалий или асимметрии, снижение сопротивляемости болезням… растет скорость и вероятность вымирания (20 экз. Ср. П. дятла вымерли за 1976 -1983 в Швеции) 17 не морские виды птиц на островах северной Европы 222 островные популяции пауков на Багамском архипеллаге

Для оценки судьбы популяции важна не та численность, которая наблюдается (Nc), а та, которая в состоянии обеспечить продолжительное существование популяции (за счет необходимого генетического разнообразия) ‒ эффективный размер популяции (Ne ≈ 0. 6‒ 0. 85 Nc) Ne = (4 Nm x Nf)/ (Nm + Nf) Ne = (4 х 250 х250)/(250+250) = 500 ‒ при паритете полов Ne = (4 х 50 х 450)/ (50+450) = 180 – при соотношении 1: 9 1/Ne = 1/4 Nm + 1/4 Nf 1/Ne = ¼*10 + ¼*90; Ne = 36 18

Эффективный размер зависит и от амплитуды колебания численности, от периодов прохождения популяцией депрессий: Ne оценивается как средняя геометрическая: 1/Ne = 1/t(1/N 1 + 1/N 2 +. . . + 1/Nt) где t – номер поколения. Ne = 3/(1/1000 + 1/200 + 1/5000) = 480 – для динамики 1000, 200, 5000 (2070) N средняя Ne 19

Доля генетического разнообразия, сохраняющаяся от одного поколения к следующему, составляет 1–(1/2 Ne): от 0, 5 при Ne = 1 (гаметы каждого индивидуума содержат в среднем 50% генетического разнообразия популяции), до 1, 0 (100%) при большой Ne (порядка 1000 экз. ). сохранение генетического разнообразия 20 размер популяции Ne

В селекции считается, что потеря гетерозиготности (инбридинг) до 2‒ 5% на поколение – неопасно для домашних животных В популяционной генетике считается, что инбридинг начинается, когда потери на поколение составляют более 1% Таким свойством обладают популяции с численностью не менее Ne = 50 экз. сохранение генетического разнообразия 21 число поколений

Гризли в Йелоустоунском парке 22

Популяция гризли в Йелоустоунском парке размером 50 особей должна иметь ареал больше площади парка (мигрируют) (современный ареал – 1% от 1800 г. – менее 1000 экз. ) 50 экз. 500 экз. 23 11111

Наши заповедники не могут сохранить хищников 24 11111 В Карелии – 200 росомах

Колебания численности опасны для небольших популяций случайным вымиранием 25

Модель предельной численности (K) определяет время вымирания как T(K) ~ KS/sr (s = 2 r/ 2) r – случайная величина (с дисперсией 2) показывает тенденцию изменения численности, скорость ее роста; 2 – показывает «шум» – варьирование реальной численности вокруг тенденции (зависит от средовых и популяционных факторов) r – зависит от качества местообитания 2 – зависит от разнообразия условий в местообитании 26 Обеспечить выживание популяции можно расширением площади или улучшением качества местообитаний

Выводы популяции – это группы особей и кажется, что нет предела 27 для возможных воздействий на популяцию, пока кто-то жив популяции – целостные системы, которые реагируют на воздействия качественно, дискретно (выжил / вымер) одна из главных зависимостей между особями - поддержание генетической гетерогенности (панмиксия) сокращение популяции до некоторых критических размеров приводит к росту гомозиготности, к быстрому снижению жизнеспособности особей и вымиранию популяции чем больше колебания численности (в том числе из-за плохого качества местообитаний), тем больше опасность достижения критических размеров и вымирания популяции для выживания популяции нужно поддерживать ее эффективную численность выше 100 экз. , обеспечивать ее нужной площадью местообитаний, повышать их качество

28 Национальный парк «Калевальский»