Анализ жизнеспособности популяции

Экологическое измерение риска исчезновения

Анализ жизнеспособности популяций ( PVA ) – видоспецифичный метод оценки риска, часто используемый в природоохранной биологии . Традиционно его определяют как процесс, определяющий вероятность вымирания популяции в течение заданного количества лет. Совсем недавно PVA был описан как сочетание экологии и статистики , которое объединяет характеристики видов и изменчивость окружающей среды для прогнозирования здоровья населения и риска исчезновения. Каждый ПВС разрабатывается индивидуально для целевой популяции или вида и, следовательно, каждый ПВС уникален. Более крупная цель при проведении PVA — обеспечить самоподдержание популяции вида в долгосрочной перспективе. ^[1]

Использование

Анализ жизнеспособности популяции (PVA) используется для оценки вероятности исчезновения популяции и указания на безотлагательность 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 выявления факторов, влияющих на динамику численности населения, сравнения предлагаемых вариантов управления и оценки существующих усилий по восстановлению. ^[2] PVA часто используется при управлении видами, находящимися под угрозой исчезновения, для разработки плана действий, ранжирования плюсов и минусов различных сценариев управления и оценки потенциальных последствий утраты среды обитания. ^[3]

История

В 1970-х годах Йеллоустонский национальный парк был центром жарких дебатов по поводу различных предложений по решению проблем парка с медведями гризли ( Ursus arctos ). В 1978 году Марк Шаффер предложил модель гризли, которая учитывала случайную изменчивость, и рассчитала вероятность вымирания и минимальный жизнеспособный размер популяции. ^[4] Первый PVA приписан Шафферу. ^[4]

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

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

Примеры

Голубая бабочка Фендера ( Icaricia icarioides ) , находящаяся под угрозой исчезновения, недавно была исследована с целью предоставить дополнительную информацию Службе охраны рыбы и дикой природы США , которая разрабатывала план восстановления этого вида. PVA пришла к выводу, что этот вид находится под большим риском исчезновения, чем считалось ранее, и определила ключевые места, на которых следует сосредоточить усилия по восстановлению. PVA также указало, что, поскольку популяции бабочек сильно колеблются из года в год, чтобы предотвратить вымирание популяций, минимальные ежегодные темпы прироста популяции должны поддерживаться намного выше, чем на уровнях, которые обычно считаются приемлемыми для других видов. ^[5]

После недавней вспышки вируса чумы собак, ПВА была проведена для находящейся под угрозой исчезновения островной лисицы ( Urocyonlittoralis ) на острове Санта-Каталина, Калифорния . Популяция лисиц острова Санта-Каталина уникально состоит из двух субпопуляций, разделенных перешейком , причем восточная субпопуляция подвергается большему риску исчезновения, чем западная субпопуляция. PVA проводилось с целью: 1) оценить риск исчезновения островной лисицы, 2) оценить чувствительность островной лисицы к катастрофическим событиям и 3) оценить недавние усилия по восстановлению, которые включают выпуск выращенных в неволе лисиц и транспортировку диких молодых лисиц из с запада на восточную сторону. Результаты PVA пришли к выводу, что островная лисица все еще находится под значительным риском исчезновения и очень восприимчива к катастрофам, которые происходят чаще, чем раз в 20 лет. Более того, риски исчезновения и будущие размеры популяций на обеих сторонах острова в значительной степени зависели от количества выпускаемых и транспортируемых лисиц каждый год. ^[6]

PVA в сочетании с анализом чувствительности также можно использовать для определения того, какие показатели рождаемости оказывают относительно наибольшее влияние на рост населения и другие показатели жизнеспособности населения. Например, исследование Manlik et al. (2016) спрогнозировали жизнеспособность двух популяций афалин в Западной Австралии и определили, что воспроизводство оказывает наибольшее влияние на прогноз этих популяций. Согласно прогнозам, одна из двух популяций будет стабильной, тогда как другая популяция, согласно прогнозам, сократится, если она будет изолирована от других популяций и сохранятся низкие показатели воспроизводства. Разница в жизнеспособности между двумя исследованиями была обусловлена ​​в первую очередь различиями в воспроизводстве, а не в выживаемости. Исследование также показало, что временные изменения в воспроизводстве оказали большее влияние на рост населения, чем временные изменения в выживаемости. ^[7]

Споры

Споры существуют и остаются нерешенными по поводу надлежащего использования ПВС в природоохранной биологии и способности ПВС точно оценивать риски исчезновения.

Для PVA желательно большое количество полевых данных; по некоторым консервативным оценкам, для точной оценки вероятности вымирания на Т лет вперед необходимы данные в пять-десять раз больше Т лет. Наборы данных такого объема обычно недоступны для редких видов; было подсчитано, что подходящие данные по ПВА доступны только для 2% видов птиц, находящихся под угрозой исчезновения. PVA для видов, находящихся под угрозой исчезновения, представляет собой особую проблему, поскольку прогностическая способность PVA резко падает при использовании минимальных наборов данных. Эллнер и др. (2002) утверждали, что ПВА не имеет особой ценности в таких обстоятельствах и его лучше всего заменить другими методами. Другие утверждают, что PVA остается лучшим доступным инструментом для оценки риска исчезновения, особенно с использованием моделей чувствительности.

Даже при наличии адекватного набора данных вполне возможно, что PVA все еще может иметь большие ошибки в прогнозах скорости вымирания. Невозможно включить в ПВА все будущие возможности: могут измениться среды обитания, могут произойти катастрофы, могут появиться новые болезни. Полезность PVA можно повысить за счет нескольких прогонов модели с различными наборами допущений, включая прогнозируемую дату в будущем. Некоторые предпочитают всегда использовать PVA при сравнительном анализе преимуществ альтернативных схем управления, например, при сравнении предлагаемых планов управления ресурсами.

Точность PVA была проверена в нескольких ретроспективных исследованиях. Например, исследование, сравнивающее прогнозы модели PVA с реальной судьбой 21 хорошо изученного таксона, показало, что прогнозы темпов роста являются точными, если входные переменные основаны на достоверных данных, но подчеркнуло важность понимания зависимости от плотности (Brook et al. . 2000). ^[8] Кроме того, Маккарти и др. (2003) ^[9] показали, что прогнозы PVA относительно точны, если они основаны на долгосрочных данных. Тем не менее, польза PVA заключается больше в ее способности выявлять и оценивать потенциальные угрозы, чем в составлении долгосрочных категоричных прогнозов (Akçakaya & Sjögren-Gulve 2000). ^[10]

Будущие направления

Усовершенствования ПВС, которые, вероятно, произойдут в ближайшем будущем, включают: 1) создание четкого определения ПВС и научных стандартов качества, по которым оцениваются все ПВС, и 2) включение в ПВС последних генетических достижений. ^{[ нужна цитата ]}

Смотрите также

• Биоразнообразие
• Закон об исчезающих видах
• Красный список МСОП
• Минимальная жизнеспособная популяция
• Динамика населения
• Популяционная генетика

Рекомендации

1. Сандерсон, Эрик (2006). «Сколько животных мы хотим спасти? Множество способов установить целевые уровни популяции для сохранения». Бионаука . 56 (11). Издательство Оксфордского университета (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 .
2. Манлик О.; Лейси RC; Шервин ВБ (2018). «Применимость и ограничения анализа чувствительности для управления дикой природой». Журнал прикладной экологии . 55 (3): 1430–1440. дои : 10.1111/1365-2664.13044 . hdl : 1959.4/unsworks_84814 . S2CID  91015464.
3. Байссенгер С.Р.; Маккалоу Д.Р., ред. (2002). Анализ жизнеспособности популяции . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-04178-0.
4. Шаффер, Марк Л. (1983). «Определение минимальной жизнеспособной численности популяции медведя гризли» (PDF) . Медведи: их биология и управление . 5 : 133–139. дои : 10.2307/3872530. ISSN  1936-0614. JSTOR  3872530.
5. Шульц, Шерил Б.; Хаммонд, Пол К. (октябрь 2003 г.). «Использование анализа жизнеспособности популяций для разработки критериев восстановления исчезающих насекомых: пример синей бабочки Фендера». Биология сохранения . 17 (5): 1372–1385. дои : 10.1046/j.1523-1739.2003.02141.x. S2CID  59046296.
6. Кольманн, Стефан Г.; Шмидт, Грегори А.; Гарселон, Дэвид К. (апрель 2005 г.). «Анализ жизнеспособности популяции островной лисицы на острове Санта-Каталина, Калифорния». Экологическое моделирование . 183 (1): 77–94. doi :10.1016/j.ecolmodel.2004.07.022.
7. Манлик О.; Макдональд Дж.А.; Манн Дж.; Раудино ХК; Бейдер Л.; Круцен М.; Коннор RC; Хайтхаус MR; Лейси RC; Шервин ВБ (2016). «Относительная важность размножения и выживания для сохранения двух популяций дельфинов». Экология и эволюция . 6 (11): 3496–3512. дои : 10.1002/ece3.2130. ПМК 5513288 . ПМИД  28725349. 
8. Брук Б.В.; О'Грэйди Джей-Джей; Чепмен АП; Бургман HR; Акчакая HR; Фрэнкхэм Р. (2000). «Прогностическая точность анализа жизнеспособности популяций в биологии сохранения». Природа . 329 (6776): 512–519. Бибкод : 2000Natur.404..385B. дои : 10.1038/35006050. PMID  10746724. S2CID  4373715.
9. Маккарти, Массачусетс; Андельман С.Дж.; Поссингем HP (2003). «Надежность относительных прогнозов при анализе жизнеспособности популяции» (PDF) . Биология сохранения . 17 (4): 982–989. дои : 10.1046/j.1523-1739.2003.01570.x. S2CID  59427471.
10. Акчакая HR; Сьергрен-Гульве П. (2000). «Анализ жизнеспособности популяций при планировании сохранения: обзор». Экологические бюллетени . 48 : 9–21.

дальнейшее чтение

• Бейсингер, Стивен Р. и Маккалоу, Дейл Р. (2002). «Анализ жизнеспособности населения», Чикаго: Издательство Чикагского университета.
• Байсингер, С.Р. и Вестфаль, Мичиган (1998). «Об использовании демографических моделей жизнеспособности популяций в управлении исчезающими видами». Журнал управления дикой природой . 62 (3): 821–841. дои : 10.2307/3802534. JSTOR  3802534.
• Брук, Б.В., Бургман, Массачусетс, Акчакая, Х.Р., О'Грейди, Дж.Дж., и Франкхэм, Р. (2002). «Критика ПВА задает неправильные вопросы: выплеснуть эвристического ребенка вместе с водой из числовой ванны». Биология сохранения . 16 (1): 262–263. дои : 10.1046/j.1523-1739.2002.01426.x. PMID  35701975. S2CID  85769077.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Брук, Б.В., Дж. Дж. О'Грэйди, А. П. Чепмен, М. А. Бургман, Х. Р. Акчакая и Р. Франкхэм (2000). «Прогностическая точность анализа жизнеспособности популяций в биологии сохранения». Природа . 404 (6776): 385–387. Бибкод : 2000Natur.404..385B. дои : 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). «Поэтапная популяционная модель морских черепах логгерхед и ее значение для сохранения». Экология . 68 (5): 1412–1423. дои : 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». Биология сохранения . 16 (1): 258–261. дои : 10.1046/j.1523-1739.2002.00553.x. PMID  35701961. S2CID  55642940.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Гилпин, Мэн, и Суле, Мэн (1986). «Биология сохранения: наука о дефиците и разнообразии», Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.
• Хуэй К., Фокс Г.А. и Гуревич Дж. (2017). «Эффекты портфеля, зависящие от масштаба, объясняют рост инфляции и снижение волатильности ландшафтной демографии». Труды Национальной академии наук США . 114 (47): 12507–12511. Бибкод : 2017PNAS..11412507H. дои : 10.1073/pnas.1704213114 . ПМК  5703273 . ПМИД  29109261.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Перринс, К.М., Лебретон, Дж.Д. и Хиронс, GJM (ред.) (1991). «Исследования популяций птиц: значение для сохранения и управления», Нью-Йорк: Oxford University Press.
• Маккарти, М.А., Кит, Д., Титжен, Дж., Бургман, М.А., Маундер М.Н., Мастер, Л., Брук, Б.В., Мейс, Г., Поссингем, Х.П., Медельин, Р., Андельман, С., Риган , Х., Риган Т. и Рукельшауз М. (2004). «Сравнение прогнозов риска вымирания с использованием моделей и субъективных суждений». Акта Экологика . 26 (2): 67–74. Бибкод : 2004AcO....26...67M. дои : 10.1016/j.actao.2004.01.008.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Маундер М.Н. (2004). «Анализ жизнеспособности популяции, основанный на сочетании интегрированного, байесовского и иерархического анализа». Акта Экологика . 26 (2): 85–94. дои : 10.1016/j.actao.2003.11.008.
• Менгес, ЕС (2000). «Анализ жизнеспособности популяций растений: проблемы и возможности». Тенденции в экологии и эволюции . 15 (2): 51–56. дои : 10.1016/S0169-5347(99)01763-2. ПМИД  10652555.
• Моррис, В.Ф., Хадженс, Б.Р., Мойл, Л.К., Стинчкомб, Дж.Р. и Блох, П.Л. (2002). «Анализ жизнеспособности популяций в планах восстановления исчезающих видов: прошлое использование и будущие улучшения». Экологические приложения . 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 )
• Рид, Дж. М., Л. С. Миллс, Дж. Б. Даннинг, Э. С. Менгес, К. С. Маккелви, Р. Фрай, С. Р. Бейсингер, М. Анстетт и П. Миллер. (2002). «Новые проблемы анализа жизнеспособности популяций». Биология сохранения . 16 (1): 7–19. дои : 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 популяций для классификации видов по риску». Биология сохранения . 9 (3): 551–559. дои : 10.1046/j.1523-1739.1995.09030551.x.

Внешние ссылки

• Сеть кодообмена GreenBoxes. Greenboxes (бета) — это репозиторий для моделирования населения с открытым исходным кодом и кода PVA. Greenboxes позволяет пользователям легко делиться своим кодом и искать общий код других людей.
• VORTEX. Архивировано 24 ноября 2019 г. в Wayback Machine . VORTEX — это программное обеспечение для индивидуального моделирования, которое включает в себя детерминированные силы, а также демографические, экологические и генетические стохастические события в популяциях диких животных.
• РАМАС. Широко распространенные пакеты программного обеспечения для PVA с опциями возрастной/этапной структуры, пространственных процессов и изменения ландшафта. Модели можно создавать и запускать с использованием графического пользовательского интерфейса, или пользователи могут включать пакетный режим программы в автоматизированные рабочие процессы.