Эволюционная безопасность  – evolutionary safety, evolutionary security

Эволюционная устойчивость – evolutionary stability

Эволюционная безопасность – это обеспечение устойчивости нормальных микроэволюционных (эколого-генетических) процессов в биологических системах надорганизменного уровня  (в биомах, экосистемах, биоценозах, популяциях).

Эволюционно устойчивое сообщество или эволюционно устойчивая популяция  – это надорганизменная биологическая система, которая при слабых и умеренных (не катастрофических) воздействиях внешних факторов способна:

а)  поддерживать свою эколого-генетическую структуру в известных пределах;

б) воспроизводить свою эколого-генетическую структуру в течение длительного времени;

в) изменять свою эколого-генетическую структуру так, чтобы достигать максимальной продуктивности в данных условиях.

Эволюционная устойчивость (эволюционная стабильность) биологических систем гарантируется сохранением определенного уровня адаптивного потенциала на протяжении длительного числа поколений.

Общая проблема эволюционной безопасности включает три группы частных проблем:

1. Обеспечение защищенности нормальных микроэволюционных процессов от физико-химических и биологических воздействий путем минимизации этих воздействий на защищаемую систему.

2. Обеспечение защищенности нормальных микроэволюционных процессов путем сохранения оптимального уровня адаптивного потенциала защищаемых систем. Адаптивный потенциал – это  генетически обусловленная способность биологических систем адаптироваться к изменяющимся условиям существования.

3. Обеспечение защищенности нормальных микроэволюционных процессов путем изменения эколого-генетических характеристик биологических систем, способных оказать негативное влияние на устойчивость эволюционных процессов в защищаемых системах.

 

Минимальный, оптимальный и максимальный уровень генетического разнообразия (genetic diversity)

Адаптивный потенциал можно определить как возможную скорость адаптивных эволюционных преобразований при воздействии на популяцию неблагоприятных факторов. В простейшем случае скорость эволюционных преобразований равна скорости изменения частот аллелей.

Для обеспечения эволюционной устойчивости биомов, экосистем, биоценозов, популяций необходимо поддержание достаточно высокого уровня генетического разнообразия их генофондов и метагенофондов, обеспечивающего внутреннюю и внешнюю устойчивость системы.

Скорость адаптивных эволюционных преобразований достигает максимума при частотах аллелей, близких к 0,500 (0,300…0,700), что соответствует частотам гетерозигот, близким к 0,500 (0,400…0,500).

Однако на поддержание высокого уровня генетического разнообразия (высокой средней гетерозиготности) популяция затрачивает определенные ресурсы. Поэтому излишне высокий уровень генетического разнообразия при ограниченности ресурсов снижает эволюционную устойчивость биологической системы.

В общем виде связь между генетическим разнообразием (средней гетерозиготностью) и эволюционной устойчивостью может быть отражена в виде дедуктивной зависимости (по оси абсцисс – средняя гетерозиготность в популяции, по оси ординат – скорость изменения частот аллелей):

 

 

Данная диаграмма показывает, что существует некоторый оптимальный уровень биологического разнообразия (зеленый цвет линии), обеспечивающий эволюционную устойчивость популяций и сообществ.

 

Терминология

Термин «устойчивость» («устойчивость экосистем», «устойчивость насаждений») имеет множество толкований (Научные основы устойчивости лесов…, 1992).

Например, А.А. Рожков, В.Т. Козак (1989) определяют устойчивость как способность биогеоценозов выдерживать изменения, вызванные извне, или восстанавливаться после них; только устойчивое насаждение имеет шанс оставаться высокопродуктивным и выполнять другие функции до возраста спелости и старения. 

Ю.М. Свирижев, Д.О. Логофет (1978) понимают устойчивость как неизменяемость во времени, сохранение числа видов, постоянство численности популяций в сообществе.

Г.С. Розенберг (1986) различает устойчивость по Ляпунову (сохранение числа видов), по Лагранжу (сохранение всех видов при отсутствии равновесного состояния), по Холлингу (сохранение взаимосвязей при возмущении состояния), по Флейшману (сохранение структуры и функционирования с помощью активного подавления вредных факторов).

Ф.Н. Семевский и С.М. Семенов (1982) определяют устойчивое сообщество как коадаптированную систему видов, максимально приспособленных к среде обитания.

А.И. Горбань и В.А. Охонин (1986) различают внутреннюю устойчивость (способность системы к малым изменениям внутри самой системы) и внешнюю устойчивость (способность сохранять состав при малом числе внедряющихся извне организмов).

По мнению В.Г. Стороженко (Научные основы устойчивости лесов…, 1992),  устойчивое лесное сообщество – это сообщество растений, животных, микроорганизмов, оптимально соответствующее климатическим, геоморфологическим и почвенным условиям экотопа по числу видов, разнообразию и полноте трофических связей, сложности структурного строения, сохраняющее флуктуирующее постоянство состава организмов и энергетического баланса, сукцессионное движение по всем уровням, а также постоянство восстановительных и деструктивных процессов в течение, как минимум, нескольких поколений автотрофов или как угодно долго.

Устойчивость системы в простейшем случае определяется аддитивной устойчивостью ее структурных компонентов к неблагоприятным факторам (стрессорам). Однако любая система обладает эмерджентностью – интегральными свойствами, несводимыми к сумме свойств составляющих систему элементов. Тогда относительно неустойчивые элементы могут образовывать устойчивую систему, и возникает общая биоценотическая устойчивость (Научные основы устойчивости лесов…, 1992).

 

Литература:  

Научные основы устойчивости лесов к древоразрушающим грибам / В.Г. Стороженко, М.А. Бондарцева, В.А. Соловьев, В.И. Крутов. – М.: Наука, 1992. – 220 с.

Рожков А.А. Устойчивость лесов / А.А. Рожков, В.Т. Козак. – М.: Агропромиздат, 1989. – 238 с.

Свирижев Ю.М. Устойчивость биологических сообществ / Ю.М. Свирижев, Д.О. Логофет. – М.: Наука, 1978. – 352 с.

Розенберг Г.С. Устойчивость экосистем и ее математическое описание / Экологические аспекты гомеостаза в биогеоценозе. – Уфа, 1986. – С. 120–130.

Семевский Ф.Н. Математическое моделирование экологических процессов / Ф.Н. Семевский, С.М. Семенов. –  Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 280с.

Горбань А.Н. Устойчивая реализуемость биогеоценозов в ходе сукцессий / А.Н. Горбань, В.А. Охонин / Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем. – М.: Наука, 1986. – Т. 9. – С. 214–226.

 

Составитель: Афонин Алексей Алексеевич 

Доктор с.-х. наук, профессор Брянского государственного университета

Зав. лабораторией популяционной цитогенетики НИИ ФиПИ БГУ

E-mail: afonin.salix@gmail.com

ОБЩАЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ http://afonin-59-bio.narod.ru

Генетическая безопасность

http://afonin-59-bio.narod.ru/gensecurity/gensecurity.htm

http://darwin200.narod.ru/gsd/gensecurity.htm

 

последнее обновление страницы 22.12.2012