Анализ жизнеспособности популяции

Анализ жизнеспособности популяции ( PVA ) — это метод оценки риска , специфичный для вида , часто используемый в биологии сохранения . Традиционно он определяется как процесс, определяющий вероятность того, что популяция вымрет в течение определенного количества лет. Совсем недавно PVA был описан как союз экологии и статистики , который объединяет характеристики вида и изменчивость окружающей среды для прогнозирования здоровья популяции и риска вымирания. Каждый PVA разрабатывается индивидуально для целевой популяции или вида, и, следовательно, каждый PVA уникален. Более масштабная цель, которую следует иметь в виду при проведении PVA, — гарантировать, что популяция вида будет самоподдерживающейся в долгосрочной перспективе. ^[1]

Использует

Анализ жизнеспособности популяции (PVA) используется для оценки вероятности вымирания популяции и указания срочности усилий по восстановлению, а также для определения ключевых этапов жизни или процессов, которые должны быть в центре внимания усилий по восстановлению. PVA также используется для определения факторов, которые управляют динамикой популяции, сравнения предлагаемых вариантов управления и оценки существующих усилий по восстановлению. ^[2] PVA часто используется в управлении исчезающими видами для разработки плана действий, ранжирования плюсов и минусов различных сценариев управления и оценки потенциальных последствий потери среды обитания. ^[3]

История

В 1970-х годах Йеллоустонский национальный парк был центром жарких дебатов по поводу различных предложений по управлению проблемой медведей гризли ( Ursus arctos ) в парке. В 1978 году Марк Шаффер предложил модель для гризли, которая включала случайную изменчивость и вычисляла вероятности вымирания и минимальный жизнеспособный размер популяции . ^[4] Первая PVA приписывается Шафферу. ^[4]

Метод PVA приобрел популярность в Соединенных Штатах, поскольку федеральным агентствам и экологам потребовались методы оценки риска исчезновения и возможных результатов управленческих решений, в частности в соответствии с Законом об исчезающих видах 1973 года и Законом о национальном управлении лесами 1976 года.

В 1986 году Гилпин и Соуле расширили определение PVA, включив в него интерактивные силы, которые влияют на жизнеспособность популяции, включая генетику. Использование PVA резко возросло в конце 1980-х и начале 1990-х годов после достижений в области персональных компьютеров и пакетов программного обеспечения.

Примеры

Находящаяся под угрозой исчезновения бабочка Фендера ( Icaricia icarioides ) недавно была оценена с целью предоставления дополнительной информации Службе охраны рыбных ресурсов и диких животных США , которая разрабатывала план восстановления этого вида. PVA пришла к выводу, что вид находится под большим риском вымирания, чем считалось ранее, и определила ключевые места, на которых следует сосредоточить усилия по восстановлению. PVA также указала, что, поскольку популяции бабочек сильно колеблются из года в год, для предотвращения вымирания популяции минимальный годовой темп прироста популяции должен поддерживаться намного выше, чем на уровнях, обычно считающихся приемлемыми для других видов. ^[5]

После недавней вспышки вируса собачьей чумы был проведен PVA для находящейся под угрозой исчезновения островной лисицы ( Urocyon littoralis ) острова Санта-Каталина, Калифорния . Популяция лисицы острова Санта-Каталина уникально состоит из двух субпопуляций, которые разделены перешейком , при этом восточная субпопуляция подвержена большему риску вымирания, чем западная. PVA был проведен с целями 1) оценки риска вымирания островной лисицы, 2) оценки чувствительности островной лисицы к катастрофическим событиям и 3) оценки недавних усилий по восстановлению, которые включают выпуск выращенных в неволе лисиц и транспортировку диких молодых лисиц с запада на восточную сторону. Результаты PVA пришли к выводу, что островная лисица по-прежнему находится под значительным риском вымирания и весьма восприимчива к катастрофам, которые происходят чаще, чем раз в 20 лет. Более того, риски вымирания и будущая численность популяции по обе стороны острова в значительной степени зависели от количества лис, выпускаемых и перевозимых каждый год. ^[6]

PVA в сочетании с анализом чувствительности также можно использовать для определения того, какие показатели жизненного цикла оказывают относительно наибольшее влияние на рост популяции и другие показатели жизнеспособности популяции. Например, исследование Manlik et al. (2016) спрогнозировало жизнеспособность двух популяций дельфинов-афалин в Западной Австралии и определило воспроизводство как имеющее наибольшее влияние на прогноз этих популяций. Одна из двух популяций, как прогнозировалось, будет стабильной, тогда как другая популяция, как прогнозировалось, сократится, если она будет изолирована от других популяций и низкие показатели репродуктивности сохранятся. Разница в жизнеспособности между двумя исследованиями была в первую очередь обусловлена различиями в воспроизводстве, а не выживании. Исследование также показало, что временные изменения в воспроизводстве оказали большее влияние на рост популяции, чем временные изменения в выживании. ^[7]

Противоречие

Продолжаются и остаются неразрешенными споры относительно целесообразности использования ПВА в природоохранной биологии и способности ПВА точно оценивать риски вымирания.

Для PVA желательно большое количество полевых данных; некоторые консервативно оценивают, что для точной оценки вероятности вымирания, простирающейся на T лет в будущее, необходимо от пяти до десяти раз T лет данных. Наборы данных такого масштаба, как правило, недоступны для редких видов; было подсчитано, что подходящие данные для PVA доступны только для 2% находящихся под угрозой исчезновения видов птиц. PVA для находящихся под угрозой исчезновения и находящихся под угрозой исчезновения видов является особенно проблемой, поскольку предсказательная сила PVA резко падает при минимальных наборах данных. Эллнер и др. (2002) утверждали, что PVA имеет небольшую ценность в таких обстоятельствах и лучше всего заменяется другими методами. Другие утверждают, что PVA остается лучшим доступным инструментом для оценки риска вымирания, особенно с использованием прогонов модели чувствительности.

Даже при наличии адекватного набора данных PVA может все еще иметь большие ошибки в прогнозах скорости вымирания. Невозможно включить все будущие возможности в PVA: могут измениться места обитания, могут произойти катастрофы, могут появиться новые болезни. Полезность PVA может быть улучшена за счет множественных запусков модели с различными наборами предположений, включая прогнозируемую будущую дату. Некоторые предпочитают использовать PVA всегда в относительном анализе преимуществ альтернативных схем управления, например, для сравнения предлагаемых планов управления ресурсами.

Точность PVA была проверена в нескольких ретроспективных исследованиях. Например, исследование, сравнивающее прогнозы модели PVA с фактической судьбой 21 хорошо изученного таксона, показало, что прогнозы темпов роста точны, если входные переменные основаны на надежных данных, но подчеркнуло важность понимания зависимости от плотности (Brook et al. 2000). ^[8] Кроме того, McCarthey et al. (2003) ^[9] показали, что прогнозы PVA относительно точны, когда они основаны на долгосрочных данных. Тем не менее, полезность PVA заключается больше в его способности определять и оценивать потенциальные угрозы, чем в создании долгосрочных, категориальных прогнозов (Akçakaya & Sjögren-Gulve 2000). ^[10]

Будущие направления

Усовершенствования PVA, которые, вероятно, произойдут в ближайшем будущем, включают: 1) создание фиксированного определения PVA и научных стандартов качества, по которым будут оцениваться все PVA, и 2) включение последних генетических достижений в PVA. ^{[ необходима ссылка ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Сандерсон, Эрик (2006). «Сколько животных мы хотим спасти? Множество способов установления целевых уровней популяции для сохранения». BioScience . 56 (11). Oxford University Press (OUP): 911. doi : 10.1641/0006-3568(2006)56[911:hmadww]2.0.co;2 . eISSN 1525-3244. ISSN 0006-3568. S2CID 27937209. Американский институт биологических наук .
^ Manlik O.; Lacy RC; Sherwin WB (2018). «Применимость и ограничения анализа чувствительности для управления дикой природой». Журнал прикладной экологии . 55 (3): 1430–1440. doi : 10.1111/1365-2664.13044 . hdl : 1959.4/unsworks_84814 . S2CID 91015464.
^ Beissenger SR; McCullough DR, ред. (2002). Анализ жизнеспособности популяции . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-04178-0.
^ ab Shaffer, Mark L. (1983). «Определение минимального жизнеспособного размера популяции медведя гризли» (PDF) . Медведи: их биология и управление . 5 : 133–139. doi :10.2307/3872530. ISSN 1936-0614. JSTOR 3872530.
^ Шульц, Шерил Б.; Хаммонд, Пол К. (октябрь 2003 г.). «Использование анализа жизнеспособности популяции для разработки критериев восстановления исчезающих насекомых: исследование бабочки-голубянки Фендера». Conservation Biology . 17 (5): 1372–1385. doi :10.1046/j.1523-1739.2003.02141.x. S2CID 59046296.
^ Kohlmann, Stephan G.; Schmidt, Gregory A.; Garcelon, David K. (апрель 2005 г.). «Анализ жизнеспособности популяции островной лисицы на острове Санта-Каталина, Калифорния». Ecological Modeling . 183 (1): 77–94. doi :10.1016/j.ecolmodel.2004.07.022.
^ Manlik O.; McDonald JA; Mann J.; Raudino HC; Bejder L.; Kruetzen M.; Connor RC; Heithaus MR; Lacy RC; Sherwin WB (2016). «Относительная важность воспроизводства и выживания для сохранения двух популяций дельфинов». Ecology and Evolution . 6 (11): 3496–3512. doi :10.1002/ece3.2130. PMC 5513288. PMID 28725349 .
^ Brook BW; O'Grady JJ; Chapman AP; Burgman HR; Akçakaya HR; Frankham R. (2000). «Прогностическая точность анализа жизнеспособности популяции в биологии сохранения». Nature . 329 (6776): 512–519. Bibcode :2000Natur.404..385B. doi :10.1038/35006050. PMID 10746724. S2CID 4373715.
^ Маккарти MA; Андельман SJ; Поссингем HP (2003). «Надежность относительных прогнозов в анализе жизнеспособности популяции» (PDF) . Conservation Biology . 17 (4): 982–989. doi :10.1046/j.1523-1739.2003.01570.x. S2CID 59427471.
^ Акчакая HR; Сьоргрен-Гульве П. (2000). «Анализ жизнеспособности популяции в планировании охраны природы: обзор». Экологические бюллетени . 48 : 9–21.

Дальнейшее чтение

Бейссингер, Стивен Р. и Маккалоу, Дейл Р. (2002). «Анализ жизнеспособности популяции», Чикаго: Издательство Чикагского университета.
Бейссингер, SR и Вестфаль, MI (1998). «Об использовании демографических моделей жизнеспособности популяции в управлении видами, находящимися под угрозой исчезновения». Журнал управления дикой природой . 62 (3): 821–841. doi :10.2307/3802534. JSTOR 3802534.
Brook, BW, Burgman, MA, Akçakaya, HR, O'Grady, JJ и Frankham, R. (2002). «Критики PVA задают неправильные вопросы: выплескивание эвристического ребенка вместе с числовой водой». Conservation Biology . 16 (1): 262–263. doi :10.1046/j.1523-1739.2002.01426.x. PMID 35701975. S2CID 85769077.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Brook, BW, JJ O'Grady, AP Chapman, MA Burgman, HR Akçakaya и R. Frankham (2000). «Прогностическая точность анализа жизнеспособности популяции в биологии сохранения». Nature . 404 (6776): 385–387. Bibcode :2000Natur.404..385B. doi :10.1038/35006050. PMID 10746724. S2CID 4373715.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Крауз, Д.Т., Краудер, Л.Б. и Касвелл, Х. (1987). «Модель популяции головастых морских черепах на основе стадий и ее значение для сохранения». Экология . 68 (5): 1412–1423. doi :10.2307/1939225. JSTOR 1939225.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Эллнер, С. П., Фиберг, Дж., Людвиг, Д. и Уилкокс, К. (2002). «Точность анализа жизнеспособности популяции». Conservation Biology . 16 (1): 258–261. doi :10.1046/j.1523-1739.2002.00553.x. PMID 35701961. S2CID 55642940.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Гилпин, М. Э. и Соул, М. Э. (1986). «Биология сохранения: наука о дефиците и разнообразии», Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates
Хуэй, К., Фокс, ГА и Гуревич, Дж. (2017). «Эффекты портфеля, зависящие от масштаба, объясняют инфляцию роста и снижение волатильности в ландшафтной демографии». Труды Национальной академии наук США . 114 (47): 12507–12511. Bibcode : 2017PNAS..11412507H. doi : 10.1073/pnas.1704213114 . PMC 5703273. PMID 29109261 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Perrins, CM, Lebreton, JD, и Hirons, GJM (ред.) (1991). «Исследования популяций птиц: значение для сохранения и управления», Нью-Йорк: Oxford University Press
McCarthy, MA, Keith, D., Tietjen, J., Burgman, MA, Maunder MN, Master, L., Brook, BW, Mace, G., Possingham, HP, Medellin, R., Andelman, S., Regan, H., Regan, T. и Ruckelshaus, M (2004). «Сравнение прогнозов риска вымирания с использованием моделей и субъективных суждений». Acta Oecologica . 26 (2): 67–74. Bibcode : 2004AcO....26...67M. doi : 10.1016/j.actao.2004.01.008.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Маундер МН (2004). «Анализ жизнеспособности популяции, основанный на сочетании интегрированного, байесовского и иерархического анализов». Acta Oecologica . 26 (2): 85–94. doi :10.1016/j.actao.2003.11.008.
Менгес, Э.С. (2000). «Анализ жизнеспособности популяции растений: проблемы и возможности». Тенденции в экологии и эволюции . 15 (2): 51–56. doi :10.1016/S0169-5347(99)01763-2. PMID 10652555.
Morris, WF, Hudgens, BR, Moyle, LC, Stinchcombe, JR и Bloch, PL (2002). «Анализ жизнеспособности популяции в планах восстановления исчезающих видов: прошлое использование и будущие улучшения». Ecological Applications . 12 (3): 708–712. doi :10.1890/1051-0761(2002)012[0708:PVAIES]2.0.CO;2. ISSN 1051-0761. S2CID 43987429.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Reed, JM, LS Mills, JB Dunning, ES Menges, KS Mckelvey, R. Frye, SR Beissinger, M. Anstett и P. Miller. (2002). «Возникающие проблемы в анализе жизнеспособности популяции». Conservation Biology . 16 (1): 7–19. doi :10.1046/j.1523-1739.2002.99419.x. PMID 35701959. S2CID 6997697.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Тейлор, Б. Л. (1995). «Надежность использования анализа жизнеспособности популяции для классификации риска видов». Conservation Biology . 9 (3): 551–559. doi :10.1046/j.1523-1739.1995.09030551.x.

Внешние ссылки

Сеть обмена кодами GreenBoxes. Greenboxes (бета-версия) — репозиторий для моделирования популяции с открытым исходным кодом и кода PVA. Greenboxes позволяет пользователям легко обмениваться своим кодом и искать чужой общий код.
VORTEX Архивировано 24.11.2019 в Wayback Machine . VORTEX — это программное обеспечение для индивидуального моделирования, которое учитывает детерминированные силы, а также демографические, экологические и генетические стохастические события в популяциях диких животных.
RAMAS. Широко распространенные программные пакеты для PVA с опциями для возрастной/стадийной структуры, пространственных процессов и изменения ландшафта. Модели могут быть построены и запущены с использованием графического пользовательского интерфейса, или пользователи могут включить пакетный режим программы в автоматизированные рабочие процессы.