Математические методы и моделирование

Экологические методы при изучении животных

Основной единицей животного сообщества является популяция.

С целью изучения популяций животных исследуют их питание, степень влияния на них абиотических факторов, размножение, физиологию, биохимию и др.

1) Трофическая структура популяции:

- определение состава пищи, количества ее компонентов. Анализируется содержимое желудков, погадок, остатков пищи, химический состав самой пищи, значение компонентов пищи для жизни животных на разных фазах развития и в разные сезоны.

2) Половозрастная структура популяций:

- определение соотношения полов и возрастных групп в популяции; на основании полученных данных определяется состояние популяции (ее жизненность или угнетенность).

3) Репродуктивная структура популяции:

- изучается динамика размножения: фенология размножения, степень участия в нем особей разного возраста и различного физиологического состояния, интенсивность размножения и др.

4) Поведенческая (этологическая) структура популяции:

Изучение особенности поведения животных в разные сезоны, периоды жизни, взаимоотношения между особями внутри популяции.

5) Пространственная структура популяции:

Изучаются закономерности миграций и размещения популяций. Используются методы мечения животных (кольцевание, закрепление меток, окраска, прикрепление радиопередатчиков, введение в организм меченых атомов и т.д.).

6) Морфометрическая и фенетическая структура популяций:

- изучение морфологических особенностей особей в популяциях; на основании полученных данных определяется степень влияния на популяцию условий окружающей среды, степень разобщенности популяционных группировок.

Изучаются интенсивность газообмена, водного обмена, накопление питательных веществ, темпы роста и другие показатели на уровне макросистемы (популяции или сообщества).

При изучении природных популяций зачастую данные, полученные на небольшой выборке особей, экстраполируются на всю популяцию, что вносит большую погрешность в итоговом результате. Кроме того, выбор особей из популяции носит случайный характер. И лишь применение методов математической статистики дает возможность по случайному набору различных вариантов определить достоверность тех или иных результатов и получить объективное представление обо всей популяции.

В последнее время широкое распространение получило моделирование биологических явлений и использование живых моделей.

1. Моделирование биологических явлений – воспроизведение в искусственных системах различных процессов, свойственных живой природе.

Примеры биологических моделей: аппарат искусственного кровообращения, искусственная почка, моделирование фотосинтетических реакций.

2. Использование живых моделей – изучение сложных биологических процессов и явлений на простых существах.

Пример: зоохлорелла служит моделью для изучении реакций пластического и энергетического обменов.

Т.о. основной задачей биологического моделирования является экспериментальная проверка гипотез относительно структуры и функций биологических систем. Сущность моделирования заключается в том, что вместе с оригиналом, т.е. с какой-то реальной системой, изучается его искусственно созданное подобие – модель. В сравнении с оригиналом модель обычно упрощена, но свойства их сходны.

В зависимости от особенностей оригинала и задач исследования применяются следующие модели:

1) Реальные (натурные, аналоговые) модели – отражающие самые существенные черты оригинала (аквариум – модель естественного водоема). Однако создание таких моделей сопряжено с большими техническими трудностями, т.к. затруднительно добиться точного воспроизведения оригинала.

2) Знаковые (идеальные) модели – условное отображение оригинала с помощью математических выражений или подробного описания. В свою очередь они делятся:

а) Концептуальные (вербальные, графические) модели – характеризуются подробным описанием системы (научный текст, схемы систем, таблицы, графики и др.);

б) Математические модели – наиболее эффективный метод изучения экологических систем, особенно при определении количественных показателей. Математические символы позволяют сжато описать сложные экологические системы, а уравнения дают возможность формально определить взаимодействия различных их компонентов.

Дата добавления: 2014-01-04