Генетическая безопасность квазинативных экосистем

 

Афонин Алексей Алексеевич

Маркелова Наталья Васильевна

 

Живыми компонентами квазинативных экосистем являются популяции и формы популяционного ранга, образующие сообщества (биоценозы). Генетическая безопасность отдельно взятой популяции определяется её генетической структурой (генетической системой) и системой воспроизведения данной популяции. Генетическая безопасность биоценоза определяется его метагенофондом (генетическим конгломератом).

Существует два крайних типа генетических рисков:

– загрязнение популяционных генофондов: интеграция в генетическую систему популяций новых аллелей и изменение частот аллелей (вплоть до элиминации);

– вытеснение генофондов: замещение первоначальных популяционных генофондов новыми генофондами того же или иного биологического вида

Указанные генетические риски в биоценозе определяются вероятностью латерального переноса генов (аллелей, гаплотипов) и, как следствие – существованием континуума <генофонд–метагенофонд>.

Основным генетическим риском для отдельно взятой амфимиктической квазинативной популяции является непредсказуемое изменение генофонда в результате вторжения (инвазии) носителей новой генетической информации. В данном случае возможно вытеснение аллелей (гаплотипов) дикого типа новыми аллелями (гаплотипами), повышающими приспособленность их носителей, но снижающих среднюю приспособленность популяции. Не менее опасная прямая эрозия (вырождение) генофондов (утрата аллелей и генотипов в результате эффекта генетической воронки).

Основным генетическим риском при ограничениях панмиксии в квазинативных популяциях (например, при инбридинге, партеногенезе, апомиксисе, вегетативном размножении) является прямая инвазия иных генотипов, которые могут обладать более высоким информационно-энергетическим потенциалом и вытеснять первоначальные генотипы. В результате может происходить замещение исходных генотипов новыми генотипами с иными свойствами и, как следствие ‒ полное преобразование генетической структуры популяции.

Основным генетическим риском для квазинативных биоценозов является прямая инвазия популяций иноземных видов, вытесняющих популяции автохтонных видов. В результате происходит непредсказуемое изменение метагенофонда и переформирование всех экологических (энергетических) взаимодействий в экосистемах.

Приемлемый уровень генетической безопасности определяется возможностью сохранения существующего уровня биоразнообразия на протяжении длительного числа поколений при отсутствии катастроф. В то же время, оптимальный уровень биоразнообразия обеспечивает устойчивость экосистем к воздействию внешних факторов. В результате сохраняется возможность эволюции сообществ и популяций.

На протяжении последних десятков лет в общественно-научном сознании сложилось мнение, что основу биоразнообразия составляет альфа-разнообразие (число видов в экосистеме). Отсюда следует вывод о том, что монокультура не может быть устойчивой. Однако фактически наиболее устойчивыми являются экосистемы, в которых альфа-разнообразие сравнительно невелико. Например, в экосистемах равнинных европейских лесов роды (и даже таксоны более высокого ранга) относительно крупных организмов, как правило, представлены одним видом (реже двумя или немногими видами). Это объясняется принципом конкурентного исключения (правило Г.Ф. Гаузе «один вид – одна ниша») 

В то же время, известны многовидовые генетически гетерогенные экосистемы, отличающиеся высокой устойчивостью к воздействию внешних факторов. Таким образом, одновидовая «монокультура» с высоким уровнем генетического разнообразия оказывается эволюционно более устойчивой, чем «поликультура» с высоким видовым, но низким внутривидовым разнообразием.

Поэтому при проектировании искусственных  эволюционно устойчивых экосистем следует избегать избыточно высокого уровня видового разнообразия, поскольку увеличение числа видов приводит к снижению уровня внутрипопуляционного генетического разнообразия за счет уменьшения численности популяций отдельных видов и, как следствие – эрозии популяционных генофондов.

При анализе структуры существующих квазинативных экосистем следует обращать внимание не столько на разнообразие видов (альфа-разнообразие), сколько на разнообразие аллелофонда популяционных компонентов. Для сохранения имеющегося уровня внутривидового генетического разнообразия необходимо поддерживать максимально высокую численность популяций (сотни особей в генеративном состоянии), а для повышения изначально низкого уровня этого разнообразия – вводить новые источники изменчивости из местных популяций.

Ожидаемый результат – сохранение структуры насаждения на протяжении ряда поколений – может быть получен только через многие десятки лет после начала эксперимента. Однако анализ промежуточных результатов позволит уточнить теоретические основы управления квазинативными экосистемами, что станет еще одним шагом на пути к обеспечению генетической безопасности квазинативных экосистем.

 

 

© Афонин Алексей Алексеевич 

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

Зав. лабораторией популяционной цитогенетики НИИ ФиПИ БГУ

 

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

e-mail: afonin.salix@gmail.com

 

последнее обновление страницы 04.06.2012