Понятие экологического оптимума и его определение у пресноводных пойкилотермных животных.

Обсуждение периодики и новинок литературы.
Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Понятие экологического оптимума и его определение у пресноводных пойкилотермных животных.

Сообщение Yan » Ср май 07, 2008 7:38 am

В "Журнале общей биологии" (69/1/2008) опубликована интересная статья:
B. Б. Вербицкий
Понятие экологического оптимума и его определение у пресноводных пойкилотермных животных.

Вот синопсис статьи:
  • Оптимальные условия не должны быть постоянными

    «Экологический оптимум» - сочетание условий среды, оптимальное для жизни и размножения данного организма – представляет собой не статическое, а динамическое понятие. Многие организмы лучше всего чувствуют себя не в постоянной, а в переменчивой обстановке. Более того, при определении оптимума недостаточно учитывать частоту и амплитуду циклических колебаний параметров среды – нужно знать еще и эффекты ступенчатых изменений и кратковременных воздействий, которые могут иметь неожиданные долгосрочные эффекты.

    Понятие «экологического оптимума» было введено в научный обиход в начале XX в. В. Шелфордом. Изначально оптимум определяли как некое сочетание условий среды, оптимальное для роста, выживания, размножения представителей данного вида, или как условия, при которых особи оставляют наибольшее число потомков (т.е. оказываются наиболее приспособленными). Однако установить на практике, какие именно условия оптимальны для данного вида, оказалось не так-то просто. Например, выяснилось, что для разных парамертов жизнедеятельности (таких как выживаемость, скорость роста и полового созревания, эффективность обмена веществ, размножение) оптимальными могут оказаться разные условия. Так, у морского многощетинкового червя Ophryotrocha diadema наибольшая выживаемость отмечается при одних значениях температуры и солености, для откладки яиц оптимальны другие значения этих факторов, а для скорейшего роста и полового созревания – третьи. У многих рыб температурный оптимум роста оказался выше, чем оптимум эффективности питания, и т.д. Оптимум может меняться в зависимости от стадии индивидуального развития организма, размера тела, сезона года и времени суток.

    Выяснилось также, что во многих случаях животные и растения чувствуют себя лучше не в постоянных условиях, а в переменчивых. Это связано с адаптацией к «первичным периодическим факторам», таким как смена дня и ночи, времен года и фаз луны. Так, еще В. Шелфорд в 1929 году обнаружил, что яйца и личинки яблоневой плодожорки развиваются на 7-8% быстрее в условиях колеблющихся температур, чем при постоянной температуре, равной средней в том же температурном диапазоне. Вскоре стимулирующее действие изменений температуры стали считать «фундаментальной экологической закономерностью», по крайней мере для умеренных областей. В. Б. Вербицкий приводит много примеров, иллюстрирующих этот факт. Например, у планктонных рачков Dapnia magna при переменной температуре 15-25C плодовитость в 5 раз больше, чем при постоянной 200. В целом уже к началу 1980-х годов имеющиеся данные позволяли констатировать как минимум для беспозвоночных, что оптимальным является не просто некий диапазон значений фактора, а колебания этого фактора в пределах оптимального диапазона значений.

    Бурное развитие аквакультуры во второй половине XX века требовало поиска оптимальных режимов выращивания объектов культивирования. Стало ясно, что не только беспозвоночные, но и рыбы лучше растут при переменной температуре, чем при постоянной. На основе обширных экспериментальных данных проф. А. С. Константинов сформулировал понятие «астатического оптимума»: «Оптимум для рыб – не стационарное состояние среды, не экологическое однообразие, а разнообразие в пределах экологической валентности вида».

    Эксперименты, проведенные В. Б. Вербицким и его коллегами, позволяют еще более расширить представление об астатическом оптимуме. Оказалось, что «созданием колебательного (астатического) режима, хотя он и способствует увеличению численности экспериментальных популяций, также не ограничивается возможность дальнейшей оптимизации условий обитания». Эксперименты показали, что необходимо учитывать также и влияние непериодических, ступенчатых изменений условий, причем разные виды реагируют на такие измения по-разному и порой весьма неожиданным образом. Например, у рачка Ceriodaphnia quadrangula при повышении температуры от 15 до 20C через неделю наблюдалось устойчивое снижение численности популяции более чем в три раза. Однако если температуру повышали от 15 сразу до 25C, а по прошествии недели снижали до 20C, то численность популяции сначала немного сокращалась, а потом восстанавливалась. Этот пример показывает, что кратковременное изменение условий (в данном случае повышение температуры до 25C на одну неделю) может иметь долгосрочные и довольно неожиданные последствия. Аналогичные результаты, показывающие, что кратковременное увеличение температуры может оказать долговременный стимулирующий эффект (заметный порой даже в течение ряда поколений), были получены другими авторами на коловратках и инфузориях.

    В. Б. Вербицкий описывает две новые серии экспериментов, в которых удалось продемонстрировать «эффект последействия» кратковременного изменения факторов среды. В первом случае сообщество зоопланктона подвергалось воздействию кратковременного увеличения концентрации фосфора. Эксперимент продолжался 61 сут., а концентрация фосфора была повышена в течение недели с 11-х по 18-е сут. Данное воздействие очень по-разному отразилось на разных видах планктонных беспозвоночных. Одни виды ветвистоусых рачков (Daphnia longispina) отреагировали на повышение концентрации фосфора быстрым и устойчивым сокращением численности, другие (Diaphanosoma brachiurum, D. dubia) продемонстрировали отсроченный эффект: в контрольной ситуации у этих рачков начался бурный рост численности на 36-ой день эксперимента, а после фосфорной нагрузки численность осталась низкой в течение всего эксперимента. На представителей родов Bosmina и Chydorus увеличение концентрации фосфора оказало отсроченный стимулирующий эффект: у них начался бурный рост численности через 14 сут после прекращения внесения фосфора (в контроле рост был гораздо слабее).

    Во второй серии экспериментов изучалось влияние слабого лазерного излучения на самок Daphnia pulex. Рачков облучали в течение 24 часов с расстояния 1 м лазерным излучением с длиной волны 630 нм (красное излучение) мощностью 1 микроватт. Процедура привела к повышению плодовитости дафний. При этом в первом поколении плодовитость увеличилась в среднем на 8.8%, во втором поколении после облучения – на 18.5%, в третьем – на 31.3%, в четвертом – на 23.5%. Абиотические условия и питание были одинаковыми у облученных и контрольных дафний, поэтому на увеличение плодовитости могло повлиять только световое воздействие. Какова природа этого влияния – неизвестно, но можно предположить, что сохранение эффекта в череде поколений могло осуществиться за счет так называемого «материнского эффекта».

    На основе приведенных данных В. Б. Вербицкий предлагает при определении экологического оптимума разделять понятия статического и динамического оптимума. «Статический оптимум включает диапазон оптимальных значений факторов на шкале толерантности и «дозу» каждого фактора, соответствующую потребностям организма и обеспечивающую наиболее благоприятные условия для его жизни. Динамический оптимум включает набор конкретных значений факторов среды с описанием их динамических характеристик, обеспечивающих оптимальные условия жизни организма в природных условиях или необходимых для создания таких условий... Кроме того, необходимо учитывать наличие и характер эффектов последействия (или эффектов отсроченного действия, или инерционных эффектов), когда пребывание организма при оптимальных значениях фактора положительно сказывается (проявляется) через некоторое время после начала или даже окончания воздействия (на протяжении жизни этой же или последующих генераций)».
Статья перекликается со следующей темой:
Зависимость заболевания рыб от температуры воды.
Ян

sher
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Вт янв 16, 2007 9:23 am
Откуда: Киев

Сообщение sher » Пн янв 12, 2009 3:01 pm

старшекласником я доверял немногочисленным авторитетным источникам, где приводились оптимальные температуры для рыб, и выписывал данные в таблицу. вскоре передо мной встали вопросы: что делать, если данные из разных источников противовречат? и что делать, если я не знаю данных в принципе :) поскольку в старшекласно-студенческом возрасте все страстно тянутся к настоящей науке, придумал я перегородить длинный аквариум поперек перегородками, а обогреватлеь установить только с одной стороны. возле обогревателя перегрев, дальше от него по лабиринту вода прохладнее. для мелких рыб, вроде гуппи и нанностомусов такая установка вполне пригодна. собираются они в отсеках с определенной температурой. допустим, им она нравится. но разброс данных велик. подозреваю, что насыщенность кислородом здесь оказывает большее вляние нередко. причем, если еще удается все остальные факторы устранить (локальное освещение, стресс, следование на кормом, лидером, самкой...).

эксперимент сам по себе возможен, но, как часто бывает привел к другим выводам:

1) рыбы пластичны и допускают обычно плавные изменения температуры в широких пределах
2) такие изменения даже полезны. часть проблем с производителями можно списать на содержание их при постоянной температуре. никогда не стесняюсь при подмене сбить температуру на пару градусов. да и вообще покрутить регулятор в аквариуме в разумных пределах
3) если рыбам дать возможность выбирать, то тянутся они преимущественно к теплой воде, а обратно съезжают нехотя, могут болеть. конечно, если при этом кислород их не лимитирует

у малавийцев и викторианских цихлид для размножения важно яркое освещение. будет темно -- будут проблемы с нерестом. видно, и у них депрессия бывает :)

Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Сообщение Yan » Вт янв 13, 2009 9:38 pm

Животные довольно пластичны и имеют довольно широкий разброс условий для выживания, включая и экстремальные границы, которые определить относительно просто - пока организм жив.
Другое дело, как определить оптимальные границы?
Да и что такое оптимум?
Здесь уже всё сложнее.

По статье, да и по другим статьям и по личному опыту, рыбки чувствуют себя лучше (здоровье крепче, окраска лучше, разводятся лучше) при изменяющихся условиях, чем при постоянных.
Ян

sher
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Вт янв 16, 2007 9:23 am
Откуда: Киев

Сообщение sher » Ср янв 14, 2009 1:31 pm

Yan писал(а):Да и что такое оптимум?
в том то и дело, что рьяно бросился его искать я лишь в молодости, когда все предельно ясно :)

оптимум возможно найти лишь под одну целевую функцию, например, если это садок с форелью на продажу, тогда оптимум можно искать держа в уме целью быстрые темпы прироста массы... или минимизацию себестоимости... уже не идентичнеы цели :)

Игорь МД
Сообщения: 196
Зарегистрирован: Вс янв 06, 2008 11:07 pm
Откуда: Кишинев

Сообщение Игорь МД » Ср янв 14, 2009 9:01 pm

Yan писал(а): Да и что такое оптимум?
Здесь уже всё сложнее.
По моему Yan, ты здесь немного усложняешь. Практически любую самую сложную задачу всегда можно разбить на несколько более простых. И для каждой ее части всегда найдется оптимум. Будь то нерест, выращивание малька, подготовка производителей и т.д.
В обычной жизни мы ведь тоже значительно чаще решаем простые арифметические задачи, а не дифференциальные уравнения.
Игорь.

Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Сообщение Yan » Ср янв 14, 2009 9:57 pm

Всё правильно. С этим я согласен. Если определять оптимум для каждого конкретного случая, то будет проще.

С другой стороны, например, апистограмм я нерестил при температурах от 18 до 32 градусов. Где же оптимум? При какой температуре их легче отнерестить? Ответ (по моему) - не важно. Важна динамика. Если я увеличиваю температуру на 3-4-5 градусов и начинаю подмены воды и обильное кормление - это приводит к нересту. Это может быть и с 15 до 18 и с 28 до 32.
Ян

Игорь МД
Сообщения: 196
Зарегистрирован: Вс янв 06, 2008 11:07 pm
Откуда: Кишинев

Сообщение Игорь МД » Чт янв 15, 2009 12:36 am

Yan писал(а):... апистограмм я нерестил при температурах от 18 до 32 градусов. Где же оптимум?
Ян, а может это и есть оптимум?
Игорь.

Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Сообщение Yan » Чт янв 15, 2009 7:04 am

Игорь МД писал(а):
Yan писал(а):... апистограмм я нерестил при температурах от 18 до 32 градусов. Где же оптимум?
Ян, а может это и есть оптимум?
Может быть.
С другой стороны, может они, чувствуя, что условия не очень подходящие, всё равно пытаются оставить потомков в надежде, что те будут более приспособлены к новым условия.

Живые организмы довольно жизнестойкие, выживают и приспосабливаются ко многим условиям.

Какая оптимальная температура воздуха для человека?
Ян

Natalia
Сообщения: 479
Зарегистрирован: Пн апр 09, 2007 1:37 am
Откуда: Israel, Кирьят Оно

Сообщение Natalia » Чт янв 15, 2009 11:17 am

Yan писал(а):Какая оптимальная температура воздуха для человека?
Ну это как раз ты должен знать, нет? Наверное, та, при которой тело не теряет много энергии ни на обогрев, ни на охлаждение? Ну скажем, для голого - 25гр?

Alex
Клуб
Клуб
Сообщения: 3806
Зарегистрирован: Вт ноя 15, 2005 1:57 am
Откуда: Haifa, Israel
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

Сообщение Alex » Чт янв 15, 2009 11:24 am

При 25 жена меня морозит кондиционером, а я сплю под пуховым одеялом :lol: . Это не мешает мне нырять зимой как в Красном(22-23 градуса), так и вСредеземном(16-18) морях.
Но Ян имел в виду, что и на Аляске, и в Танзании человек живет и вполне успешно размножается :wink:

Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Сообщение Yan » Чт янв 15, 2009 11:59 am

Natalia писал(а):Наверное, та, при которой тело не теряет много энергии ни на обогрев, ни на охлаждение?
А это зависит от множества факторов. Один из основных - интенсивность обмена веществ. Человек с более интенсивным обменом обычно страдает от жары, в то время, как с замедленным обменом - от холода (проще всего это видно у больных с гипер- и гипотироидизмом.
А психологический фактор? Почему летом делают 20 гр. в помешении и большинство считает, что прохладно, а зимой при той же температуре жалуются, что холодно?
Ян

Natalia
Сообщения: 479
Зарегистрирован: Пн апр 09, 2007 1:37 am
Откуда: Israel, Кирьят Оно

Сообщение Natalia » Чт янв 15, 2009 3:46 pm

Я потеряла нить. Ну и какой мы делаем вывод? Не читать книжек, а печенкой рыбу разводить?

Yan
Клуб
Клуб
Сообщения: 6650
Зарегистрирован: Пн ноя 14, 2005 10:26 pm
Откуда: Бат Ям
Благодарил (а): 4 раза
Поблагодарили: 15 раз
Контактная информация:

Сообщение Yan » Чт янв 15, 2009 5:52 pm

Я согласен с выводом статьи:
  • «Экологический оптимум» - сочетание условий среды, оптимальное для жизни и размножения данного организма – представляет собой не статическое, а динамическое понятие. Многие организмы лучше всего чувствуют себя не в постоянной, а в переменчивой обстановке. Более того, при определении оптимума недостаточно учитывать частоту и амплитуду циклических колебаний параметров среды – нужно знать еще и эффекты ступенчатых изменений и кратковременных воздействий, которые могут иметь неожиданные долгосрочные эффекты.
Ян

galka
Клуб
Клуб
Сообщения: 1710
Зарегистрирован: Чт ноя 17, 2005 6:00 pm
Откуда: Иерусалим

Сообщение galka » Чт янв 15, 2009 6:29 pm

Когда-то изучала теорию эксперимента и многофакторного анализа...
Ой, а ведь даже планировала такие эксперименты, результаты на БСМ-6 (это выч. машина в доперсонально-компъютерную эпоху) ночами обрабатывали. Не просто это даже для неживой материи - оптимум искать при одновременном воздействии нескольких факторов. А тут тебе не железки. У них еще и настроение бывает, стрессы и пр.

wader
Сообщения: 103
Зарегистрирован: Ср фев 27, 2008 2:40 pm
Откуда: Minsk, Belarus

Сообщение wader » Пн янв 19, 2009 12:50 pm

Yan писал(а):
Natalia писал(а):Наверное, та, при которой тело не теряет много энергии ни на обогрев, ни на охлаждение?
А это зависит от множества факторов. Один из основных - интенсивность обмена веществ. Человек с более интенсивным обменом обычно страдает от жары, в то время, как с замедленным обменом - от холода (проще всего это видно у больных с гипер- и гипотироидизмом.
А психологический фактор? Почему летом делают 20 гр. в помешении и большинство считает, что прохладно, а зимой при той же температуре жалуются, что холодно?
В сравнении с человеком не забывайте, что мы - гомойотермные животные, а рыбы - пойкилотермные.

А насчет лимитов температуры - в 1998-1999 гг. в немецком журнале Aquarien Terrarien была статья о содержании рыб при пониженных температурах. Сейчас точно не помню, но кажется лялиус там выдерживад до 11 :shock: градусов. У меня в начале девяностых анциструсы откинулись при 9-ти, а до этого пару месяцев жили при 12-15.

Ответить