Учебное пособие «Избранные лекции по курсу биологии» по учебной дисциплине «Биология» цикла естественно-научных дисциплин для студентов дневного отделения вузов физкультурного профиля, обучающихся по направлению 034300.62 «Физическая культура», профилей «Физкультурное образование», «Спортивная тренировка в избранном виде спорта», «Спортивный менеджмент», специальности 034400.62 – «Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (Адаптивная физическая культура)», магистрантам, тренерам и слушателям курсов повышения квалификации и профессиональной переподготовки руководящих работников и специалистов по физической культуре.
В учебном пособии изложены некоторые теоретические вопросы, входящие в материал курса «Общая экология». Для закрепления знаний предусмотрено выполнение практических работ, а также контрольных заданий по конкретной тематике. Основное внимание уделено рассмотрению основных разделов по общей экологии, что дополняет теоретический материал, излагаемый в курсе лекций по изучаемой дисциплине. После каждого занятия приведена литература для самостоятельной работы студента. В конце пособия имеется краткий глоссарий по дисциплине.
Пособие предназначено для студентов направления подготовки 022000.62 – Экология и природопользование. Квалификация (степень) выпускника - бакалавр с учетом требований Государственного образовательного стандарта.
Описание растительных сообществ с участием родиолы линейнолистной проводилось в трех популяциях в разных географических точках хребтов Северного Тянь-Шаня. Первая популяция находится в горах Кунгей Алатау (северный склон поймы реки Чилик); вторая - в горах Заилийского Алатау (ущ. Большое Алмаатинское); третья - в горах Терскей Алатау (ущелье Каратоган). Количество генеративных особей во всех популяциях немногочисленно, на 100 м2 колеблется от 3 до 10 экземпляров. Наибольшее количество особей Rhodiola linearifolia в популяции хребта Кунгей Алатау, где сложились наиболее оптимальные для ее произрастания экологические условия и отсутствие антропогенной нагрузки. Слабое возобновление в популяциях обусловлено высокой задернованностью почвенного покрова и антропогенной нагрузкой. Доля участия в сообществах невелика и составляет от 3 до 8 %. Ввиду диффузного распространения, низкого участия в сообществах и слабого возобновления выявленные популяции вида можно рекомендовать только как источник семенного или посадочного материала для создания интродукционных популяций. Любая заготовка сырья критична для данного вида.
Перспективным решением задач глобальной оптимизации являются метаэвристики, инспирированные природой, представляющие собой недетерминированные алгоритмы, исследующие пространство поиска, решений, обучающиеся в процессе поиска, не привязанные к конкретной задаче, хотя и не гарантирующие точное решений. Целью данного исследования является разработка эффективного алгоритма для решения прикладных проблем глобальной оптимизации многомерных одномодальных и мультимодальных функций, встречающихся в задачах инженерного проектирования, обработки изображений и компьютерного зрения, энергетики и энергоменеджмента, анализа данных и машинного обучения, робототехники. Для достижения этой цели в статье предлагается вычислительная модель коллективного поведения группы животных и эффективный алгоритм дифференциально-векторного движения. Модель включает разнообразные паттерны поведения в группе животных: удерживать текущую позицию; двигаться в направлении к ближайшим соседям или, наоборот, от ближайших соседей; двигаться случайным образом; конкурировать за позицию. В коллективной памяти хранится информация о местоположении доминирующих особей группы и направлении движения группы, лучшие позиции агентов с учетом механизмов конкуренции и доминирования в группе. Алгоритм был экспериментально протестирован на семи известных многомерных одномодальных и мультимодальных функциях. Результаты были сопоставлены с генетическим алгоритмом, алгоритмом роя частиц, гравитационного поиска дифференциальной эволюции. Предлагаемый алгоритм показал лучшие результаты, нежели конкурирующие алгоритмы, на всех тестовых функциях. Это объясняется лучшим балансом нового алгоритма между скоростью сходимости и диверсификацией пространства поиска решений. Проверка полученных результатов с использованием Т-критерия суммы рангов Уилкоксона для независимых выборок показала, что результаты по алгоритму являются статистически значимыми. Также проводилось сравнение с одним из наиболее эффективных алгоритмов непрерывной оптимизации BFGS - квазиньютоновским итерационным алгоритмом численной оптимизации, предназначенным для нахождения локального экстремума одномодальных функций. Результаты оказались сопоставимы для многомерных функций. Алгоритм также сравнивался с методом мультистарта в задаче глобальной оптимизации мультиэкстремальных функций и доказал свое преимущество по времени и точности найденных решений.
Статья посвящена исследованию синхронизации колебаний (циклов) в системе трех популяций, связанных с помощью миграции в кольцо. Рассматривается модель динамики численности с дискретным временем, представляющая собой систему трех идентичных логистических отображений, которые диссипативно связаны между собой. Построены одномерные бифуркационные диаграммы (деревья), дополненные показателем захвата фаз колебаний (циклов) численностей популяций на смежных участках. Проведен ряд численных экспериментов, которые демонстрируют фазовую мультистабильность - сосуществование циклов с разными фазами. Используя качественные методы исследования динамических систем, построен полный фазовый портрет модели, показывающий, что в фазовом пространстве существует несколько периодических точек, соответствующих элементам синхронных и несинхронных циклов. Исследуются условия устойчивости 2- и 3-цикла. Показано, что два этих цикла представлены тремя возможными вариантами: 1) полностью синхронный режим, когда значения численностей в трех популяциях совпадают в любой момент времени; 2) частично синхронный режим, когда значения численностей совпадают только для двух популяций, 3) несинхронный (несинфазный), когда все три численности принимают различные значения. Для 2-цикла третий вариант неустойчив и возможен как часть длительного переходного процесса. Обнаружено, что для 3-цикла помимо синхронного и частично синхронного режима возможно устойчивое несинфазное поведение сразу трех популяций. Показано, что устойчивые и неустойчивые периодические точки лежат на определенных поверхностях (инвариантных многообразиях), которые отделяют друг от друга области притяжения режимов с разной степенью фазовой синхронизации.
В работе предложена и исследована математическая модель с дискретным временем, которая описывает динамику численности и частот генотипов в одномерной кольцевой цепочке миграционно связанных популяций. Рассматривается панмиктичная популяция с менделевскими правилами наследования и монолокусным отбором, направленным против гетерозигот. Модель состоит из двух слоев связанных отображений (ансамблей). Первый слой описывает динамику численностей в каждом локальном участке с учетом миграции со смежных участков. Скорости роста каждой субпопуляции зависят от частот генотипов, которые изменяются в ходе эволюции при движении к одной из предельных генетических структур. Второй слой описывает динамику частот генотипов с учетом того, что миграционный приток генов зависит от соотношения численностей связанных популяций. В этом случае поток генов оказывается тем сильнее, чем более многочисленна популяция, откуда исходит поток мигрантов (или менее малочисленна принимающая популяция). Рассмотрено два варианта миграции: постоянная (детерминированная), при которой доля мигрантов фиксирована, а также случайная миграция, при которой число особей, покидающих локальную популяцию, выбирается случайно (случайный дрейф) и непостоянно. В предложенной модели исследуются условия и механизмы дифференциации по генотипам между разными участками однородного ареала (дивергенция). Показано, что при пониженной приспособленности гетерозигот пространственно-временная динамика характеризуется полосами, где преобладают гомозиготы. Между полосами с противоположными формами (аллелями) рассматриваемого признака расположены полосы с гетерозиготами, существование которых поддерживается миграцией из противоположных участков. При дететерминированной миграции такой узор существует непродолжительное время и чаще всего имеет форму вертикальных полос. При случайном дрейфе полосы имеют форму бегущих волн, которые сохраняются длительное время при определенных ограничениях роста численности. Показано, что из-за дивергенции неизбежно возникают существенные различия в численностях и характере динамики на разных участках ареала.
Исследуются механизмы, приводящие к генетической дивергенции в системе миграционно связанных панмиктичных популяций, заселяющих ареал кольцевой формы. Рассмотрен вариант неограниченного и ограниченного роста численности. В первом случае дивергенция возникает как часть переходного процесса при переходе к генетически однородной популяции. Во втором случае дивергенция возникает и сохраняется длительное время, приводя к неоднородному пространственному распределению особей по ареалу.
Работа посвящена изучению синхронизации колебаний в системе трех миграционно связанных популяций в кольцо. Модель динамики представляет собой систему трех идентичных логистических отображений, которые диссипативно связаны между собой. Пользуясь качественными методами исследования динамических систем, построен полный фазовый портрет модели. Показано, что в фазовом пространстве существует несколько периодических точек, соответствующих синхронным и несинхронным циклам.
Цель — сравнение генетического разнообразия двух природных популяций лося из охотхозяйств пограничных областей — Костромской и Ярославской, с искусственно созданной популяцией лосефермы.
Материалы и методы. Генетическое разнообразие изучалось с помощью ДНК-маркеров, представленных девятью микросателлитным локусами, обследовано 169 особей.
Результаты. Выявлено достоверно большее генетическое разнообразие естественных популяций по сравнению с популяцией лосефермы: среднее число аллелей на локус (NA) в них составляет 9,0 и 8,6, в популяции лосефермы — 5,9. Все популяции не отличаются по уровню средней гетерозиготности. Тест на гетерогенность аллельных частот показал,
что все популяции достоверно различаются по 6 локусам и по сумме 9 локусов, природные популяции достоверно отличаются по 5 локусам, популяция лосефермы от каждой природной — по 3 одинаковым локусам. Коэффициент инбридинга значительно выше в ярославской популяции (0,167), по сравнению с костромской (0,053), в популяции лосефермы — 0,165. При выявленном потоке генов (Nm = 16,7) сохраняется генетическое своеобразие двух природных популяций, что позволяет предположить, что они не являются генетически единой популяцией.
Выводы. Выявленное резкое уменьшение генетического разнообразия популяции лосефермы указывает на необходимость обогащения ее генофонда, а обнаружение инбридинга в природных популяциях — на контроль состояния генофонда.