Вторичный покой в динамике альпийских малолетников: всему свое время

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Структуру ценопопуляций проломника Androsace albana и незабудочника кавказского Eritrichium caucasicum по стадиям онтогенеза наблюдали на постоянных площадках в альпийском поясе Северо-Западного Кавказа ежегодно в течение 15 лет (2009–2023 гг.). Уникально длительные ряды этих данных позволили выявить эффекты вторичного покоя в жизненном цикле малолетнего вида, что было принципиально невозможно на коротких рядах порядка трех–пяти лет. Данные типа “определенные особи” (A. albana) и “определенные особи от неизвестных родителей” (E. caucasicum) позволяют калибровать соответствующие матричные модели динамики популяции с дискретной структурой и получить так называемые годичные проекционные матрицы популяции (ПМП). Анализ ПМП математическими средствами дает различные количественные характеристики объекта мониторинга – в частности, меру жизнеспособности локальной популяции, – но выявленные эффекты вторичного покоя вносят изменения в ряды данных и ставят вопрос о ревизии прежних моделей и полученных из них характеристик. Мы показываем, что логичный с точки зрения модели ход – включение в жизненный цикл дополнительного состояния гибели или вторичного покоя – не имеет смысла в задаче оценки жизнеспособности популяции. Процедура калибровки, скорректированная по ревизованным данным, закономерно увеличивает прежнюю оценку меры жизнеспособности, подтверждая тем самым важную роль вторичного покоя как механизма адаптации к стрессовым условиям существования.

Ключевые слова

-

Об авторах

Д. О. Логофет

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: danilal@postman.ru

Лаборатория математической экологии

Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017

Е. С. Казанцева

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Email: danilal@postman.ru

Лаборатория математической экологии

Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017

И. Н. Белова

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Email: danilal@postman.ru

Лаборатория математической экологии

Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017

Н. Г. Уланова

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: nulanova@mail.ru

биологический факультет, кафедра экологии и географии растений

Россия, Ленинские горы, Москва, 119234

Ю. В. Софронов

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: danilal@postman.ru

Лаборатория математической экологии; факультет почвоведения, кафедра общего земледелия и агроэкологии

Россия, Пыжевский пер., 3, Москва, 119017; Ленинские горы, Москва, 119234

Список литературы

  1. Ахметжанова А.А., Онипченко В.Г., Семенова Е.В., Елумеева Т.Г., Герасимова М.А., 2009. Атлас сосудистых растений альпийского стационара Тебердинского заповедника. М.: б.и. 117 с.
  2. Батчаева О.М., 2005. Восстановительная динамика и горизонтальная структура альпийских фитоценозов Северо-Западного Кавказа (на примере Тебердинского заповедника). Автореф. дис. … канд. биол. наук. Ставрополь: Ставропольский гос. ун-т. 23 с.
  3. Вахрамеева М.Г., Варлыгина Т.И., Татаренко И.В., 2014. Орхидные России (биология, экология и охрана). М.: Т-во науч. изд. КМК. 437 с.
  4. Гроссгейм А.А., 1967. Флора Кавказа. Т. VII. Л.: Наука. 894 с.
  5. Ермакова И.М., 1989. Поведение вида в широком диапазоне условий (на примере овсяницы луговой) // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 94. Вып. 2. С. 113–123.
  6. Ермакова И.М., 1994. Поведение кровохлебки лекарственной на лугу и в посеве // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 99. Вып. 1. С. 67–79.
  7. Жмылев П.Ю., Татаренко И.В., Вахрамеева М.Г., Воронина Е.Ю., Лазарева Г.А., Прохоров В.П., 2018. “Спящие красавицы”: краткий обзор разнообразия продленного покоя у растений // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 123. Вып. 3. С. 41–53.
  8. Жукова Л.А., 1995. Популяционная жизнь луговых растений. Йошкар-Ола: РИИК “Ланар”. 224 с.
  9. Зернов А.С., 2006. Флора Северо-Западного Кавказа. М.: Т-во науч. изд. КМК. 664 с.
  10. Зернов А.С., 2015. Определитель сосудистых растений Карачаево-Черкесской Республики. М.: Т-во науч. изд. КМК. 454 с.
  11. Казанцева Е.С., 2016. Популяционная динамика и семенная продуктивность малолетних альпийских растений Северо-Западного Кавказа. Дис. … канд. биол. наук. М.: МГУ. 165 с. https://cloud.mail.ru/public/RYaw/Cga3fYBjt
  12. Красная книга Краснодарского края (Растения и грибы), 2007. Изд. 2-е / Отв. ред. Литвинская С.А. Краснодар: ООО “Дизайн Бюро № 1”. 640 с.
  13. Красная книга Республики Адыгея: Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения объекты животного и растительного мира: в 2 ч., 2012. Изд. 2-е / Управление по охране окружающей среды, природным ресурсам и чрезвычайным ситуациям РА; отв. ред. Замотайлов А.С.; глав. ред. разд. “Растения” и “Грибы” Сиротюк Э.А. (Куваева); научн. ред. Ч. 1: Сиротюк Э.А. (Куваева), Акатова Т.В., Липка О.Н. Майкоп: Качество, 2012. Ч. 1: Растения и грибы. 340 с.
  14. Логофет Д.О., Белова И.Н., Казанцева Е.С., Онипченко В.Г., 2016. Ценопопуляция незабудочника кавказского (Eritrichium caucasicum) как объект математического моделирования. I. Граф жизненного цикла и неавтономная матричная модель // Журн. общ. биологии. Т. 77. № 2. С. 106–121.
  15. Логофет Д.О., Голубятников Л.Л., Казанцева Е.С., Уланова Н.Г., Полошевец Т.В., Текеев Д.К., 2024. Многолетний мониторинг структуры популяции: альпийские малолетники на грани стабильности // Журн. общ. биологии. Т. 85. № 3. С. 187–206.
  16. Логофет Д.О., Казанцева Е.С., Белова И.Н., Онипченко В.Г., 2017. Сколько лет живет альпийский малолетник? Модельный подход // Журн. общ. биологии. Т. 78. № 5. С. 63–80.
  17. Логофет Д.О., Казанцева Е.С., Белова И.Н., Онипченко В.Г., 2019. Неутешительный прогноз выживания ценопопуляции Androsace albana в случайно меняющейся среде // Журн. общ. биологии. Т. 80. № 3. С. 200–213.
  18. Логофет Д.О., Казанцева Е.С., Белова И.Н., Уланова Н.Г., Хомутовский М.И., Текеев Д.К., 2023. Тринадцать лет мониторинга ценопопуляции Eritrichium caucasicum: стохастическая скорость роста в условиях репродуктивной неопределенности // Журн. общ. биологии. Т. 84. № 2. С. 114–126.
  19. Логофет Д.О., Уланова Н.Г., 2021. От мониторинга популяции к математической модели: Новая парадигма популяционного исследования // Журн. общ. биологии. Т. 82. № 4. С. 243–269. https://doi.org/10.31857/S0044459621040035
  20. Логофет Д.О., Уланова Н.Г., 2024. Матричные модели биологических популяций: практический курс. Уч. Пособие. M.: МАКС Пресс. 148 с. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=68612581
  21. Попов М.Г., 1953. Сем. Boraginaceae // Флора СССР / Под ред. Шишкина Б.К. Т. 19. М.; Л.: Изд-во АН СССР. 752 с.
  22. Работнов Т.А., 1950. Жизненный цикл многолетних травянистых растений в луговых ценозах / Тр. БИН АН СССР. Сер. 3. Геоботаника. М.; Л.: Наука. 204 с.
  23. Работнов Т.А., 1974. Луговедение. М.: Изд-во Моск. ун-та. 384 с.
  24. Уланова Н.Г., 1995. Вейник тростниковидный // Биологическая флора Московской области. Вып. 11. М.: Аргус. С. 72–90.
  25. Цепкова Н.Л., 1987. К синтаксономии пастбищных сообществ высокогорных лугов Центрального Кавказа // Тр. Высокогорного геофиз. ин-та. № 68. С. 82–96.
  26. Шишкин Б.К., Бобров Е.Г., 1952. Род Androsace // Флора СССР / Под ред. Шишкина Б.К., Боброва Е.Г. Т. 18. М.; Л.: АН СССР. С. 221–243.
  27. Шхагапсоев С.Х., 1999. Морфоструктура подземных органов растений первичнообнаженных склонов Кабардино-Балкарии. Нальчик: Кабардино-Балкарский гос. ун-т им. Х.М. Бербекова. 72 с.
  28. Boeken B., 1991. Above-ground emergence in the desert tulip Tulipa systola Stapf. in the Negev desert of Israel // Funct. Ecol. V. 5. P. 705–712.
  29. Caswell H., 2001. Matrix Population Models: Construction, Analysis, and Interpretation. 2nd ed. Sunderland: Sinauer. 722 p.
  30. DePrenger-Levin M.E., Neale J.M.R., Grant T.A., Dawson C., Baytok Y.E., 2013. Life history and demography of Astragalus microcymbus Barneby (Fabaceae) // Nat. Areas J. V. 33. P. 264–275.
  31. Gremer J.R., 2010. Causes and consequences of prolonged dormancy: Why stay belowground? PhD Diss. Missoula: Univ. of Montana. 142 p.
  32. Gremer J.R., Crone E.E., Lesica P., 2012. Are dormant plants hedging their bets? Demographic consequences of prolonged dormancy in variable environments // Am. Nat. V. 179. P. 315–327. http://dx.doi.org/10.5061/dryad.nh1r171j
  33. Gremer J.R., Sala A., Crone E.E., 2010. Disappearing plants: Why they hide and how they return // Ecology. V. 91. P. 3407–3413. http://dx.doi.org/10.1890/09-1864.1
  34. Horn R.A., Johnson C.R., 1990. Matrix Analysis. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 561 p.
  35. Jacquemyn H., Brys R., Jongejans E., 2010. Size-dependent flowering and costs of reproduction affect population dynamics in a tuberous perennial woodland orchid // J. Ecol. V. 98. P. 1204–1215.
  36. Jäkäläniemi A., Crone E.E., Närhi P., Tuomi J., 2012. Orchids do not pay costs at emergence for prolonged dormancy // Ecology. V. 92. P. 1538–1543. http://dx.doi.org/10.2307/23035106
  37. Jersáková J., Traxmandlová I., Ipser Z., Kropf M., Pellegrino G., et al., 2015. Biological flora of Central Europe: Dactylorhiza sambucina (L.) Soó // Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst. V. 17. P. 318–329. http://dx.doi.org/10.1016/j.ppees.2015.04.002
  38. Logofet D.O., 2018. Averaging the population projection matrices: heuristics against uncertainty and nonexistence // Ecol. Complex. V. 33. № 1. P. 66–74.
  39. Logofet D.O., 2023. Pattern-multiplicative average of nonnegative matrices revisited: Eigenvalue approximation is the best of versatile optimization tools // Mathematics. V. 11. Art. 3237. https://doi.org/10.3390/math11143237
  40. Logofet D.O., Golubyatnikov L.L., Kazantseva E.S., Belova I.N., Ulanоva N.G., 2023. Thirteen years of monitoring an alpine short-lived perennial: Novel methods disprove the former assessment of population viability // Ecol. Model. V. 477. Art. 110208.
  41. Logofet D.O., Kazantseva E.S., Onipchenko V.G., 2020. Seed bank as a persistent problem in matrix population models: From uncertainty to certain bounds // Ecol. Model. V. 438. Art. 109284. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2020.109284
  42. Morrow P.A., Olfelt J.P., 2003. Phoenix clones: Recovery after long-term defoliation-induced dormancy // Ecol. Lett. V. 6. P. 119–125.
  43. Pfeifer M., Wiegand K., Heinrich W., Jetschke G., 2006. Longterm demographic fluctuations in an orchid species driven by weather: implications for conservation planning // J. Appl. Ecol. V. 43. P. 313–324.
  44. Protasov V.Yu., Zaitseva T.I., Logofet D.O., 2022. Pattern-multiplicative average of nonnegative matrices: When a constrained minimization problem requires versatile optimization tools // Mathematics. V. 10. Art. 4417. https://doi.org/10.3390/math10234417
  45. Rabotnov T.A., 1969. On coenopopulations of perennial herbaceous plants in natural coenoses // Vegetatio. V. 19. P. 87–95.
  46. Reintal M., Tali K., Haldna M., Kull T., 2010. Habitat preferences as related to the prolonged dormancy of perennial herbs and ferns // Plant Ecol. V. 210. P. 111–123. http://dx.doi.org/10.1007/s11258-010-9742-9
  47. Shefferson R.P., 2006. Survival costs of adult dormancy and the confounding influence of size in lady’s slipper orchids, genus Cypripedium // Oikos. V. 115. P. 253–262.
  48. Shefferson R.P., 2009. The evolutionary ecology of vegetative dormancy in mature herbaceous perennial plants // J. Ecol. V. 97. P. 1000–1009.
  49. Shefferson R.P., Kull T., Hutchings M.J., Selosse M.-A., Jacquemyn H., et al., 2018. Drivers of vegetative dormancy across herbaceous perennial plant species // Ecol. Lett. V. 21. P. 724–733. http://dx.doi.org/10.1111/ele.12940
  50. Shetekauri Sh., 1998. Spatial distribution characteristics of glacial relief flora of the high mountains of the Caucasus // Feddes Repert. V. 109. P. 465–472.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2025