Руководство пользователя программы simlife (искусственная жизнь) для ibm-совместимых компьютеров

Вид материала

Руководство пользователя

Содержание Из (3) видно, что максимум Ne достигается при N1 = N2. Практическое задание №2

Подобный материал:

• Вкомплект поставки программы «Строительные Технологии смета» версии Х входит: руководство, 156.42kb.
• Оболочка Norton Commander. Windows и программа, 26.31kb.
• International Bussines Machines Corporation ведущей компании по производству больших, 139.42kb.
• International Bussines Machines Corporation ведущей компании по производству больших, 141.49kb.
• Дейт К. Д27 Руководство по реляционной субд db2/ Пер с англ и предисл. М. Р. Когаловского, 4309.37kb.
• Руководство по установке и обновлению программа «баланс-2W», 329.37kb.
• Описание работы, 17.58kb.
• Фигурнов В. Э. Ф49 ibm pc для пользователя. Изд. 7-е, перераб и доп, 16987.67kb.
• Белорусский Государственный Университет Экономический факультет реферат, 548.64kb.
• 1. Этап первый. Знакомство, 247.15kb.

Из (3) видно, что максимум N_e достигается при N₁ = N₂.

4. Инбридинг – близкородственное скрещивание, повышающее вероятность наличия идентичных гетерозиготных участков генов родителей и появления гомозиготных организмов не в результате естественного отбора. Это явление используется селекционерами для закрепления необходимых наследственных признаков при создании новых видов растений и животных. При отсутствии контроля экспериментатора инбридинг ведет к вырождению и гибели популяции, что подтверждается историей некоторых царствовавших династий.

Для количественной оценки данного явления введено понятие коэффициента инбридинга:

(4)

где m – число поколений.

Опыт животноводов показал, что плодовитость популяций падает при f > 0.5. Решая показательное уравнение (4) при заданном значении f, получим, что число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно m = l.5N_e. Таким образом, снижение гетерогенности ведет к вымиранию популяции. Однако чрезмерный рост генетического разнообразия популяции приводит к утере популяцией способности генетического адаптирования к изменяющимся условиям окружающей среды. Для каждой популяции существуют некоторые оптимальные значения гетерозиготности, зависящие от ее численности, структуры, исходного генофонда, статических и динамических характеристик окружающей среды. Например, при длительной стабильности экологических факторов высокая гетерогенность популяции не требуется, а при изменении экологических факторов выживает наиболее гетерогенная популяция. Поэтому обитатели разных экологических систем обладают разной гетерогенностью. Например, у человека число гетерозиготных участков генов составляет около 20%. Мутация является процессом, повышающим гетерогенность популяции.

Мутагены – это физические и химические экологические факторы, воздействие которых на живые организмы приводит к возникновению мутаций с частотой, превышающей уровень спонтанных реакций. К физическим мутагенам относят ультрафиолетовое излучение, повышенную и пониженную температуры, ионизирующие излучения (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и так далее).

Химическими мутагенами являются аналоги нуклеиновых кислот, чужеродные ДНК и РНК, алкалоиды и другие вещества. Устойчивость организмов к воздействию мутагенов различна. Вирусы в 3-1000 раз более стойки к ним, чем растения, а растения – в 2-800 раз по сравнению с теплокровными животными. В целом более высокоорганизованные особи менее стойки к воздействию мутагенов. Поэтому предельно допустимый уровень мутагенных воздействий нормируется на человека.

Таблица 1-1.

№	Tree Fern (Циатея древо­видная)	Balsam Fir (Пихта бальзам­ная)	Fennel (Укроп)	Cotton­wood (Тополь)	Maize (Маис)	Poplar (Осина)	Giant Kapok (Капок дерево)	Wheat­grass (Пырей)	Ostrich Fern (Оноклея)	Willow (Ива)
1				
2						
3										
4									
5							
6			
7										
8					
9								
10									
11					
12						
13										
14									
15							

Цель задания: Исследование воздействия мутагенов на растения.

Порядок выполнения задания.

1. Запустить программу Искусственная жизнь. В окне Новая игра выбрать Experimental Mode (Режим эксперимента) и нажать кнопку Play Scenario(Играть по сценарию).

2. В окне World Design (Проект мира) установить параметры: Mountains (горы), Toxins (токсины), Barriers (барьеры), Food Sources (источники пищи) – на минимум, Mutagens (мутагены) – на максимум, World Average Temp. (средняя температура), Rivers & Lakes (реки и озера) и другие – 50%. Установить World Size – Tiny (размер мира – крошечный). Нажать кнопку Make It So (Продолжить).

3. В меню Simulation (Моделирование), выбрать команду Technical (Технический), затем Change Physics (Изменить физику). В открывшемся окне необходимо установить параметры Lifespan – Brief (Длина жизни – кратчайшая); Day length – 8 ticks (Длина дня - 8 тактов), Year length – 16 days (Длина года - 16 дней); Plant limit – Unlimited (число растений – неограниченно); Mutation rate – medium (Мутация средняя).

4. В меню Simulation (Моделирование), выбрать команду Technical (Технический) Set Time to 0(установить время на 0), а затем Run Control (Автоматическая пауза). В появившемся окне установить число 1, затем нажать кнопки Years (Годы) и Make It So (Продолжить).

5. Так как в ходе эксперимента исследуемые популяции будут мутировать, вначале необходимо создать достаточное количество копий растений. Для этого в окне The Biology Lab (Биологическая лаборатория) выбрать ненужное для эксперимента растение. Нажать кнопку Delete (Удалить). Аналогично удалить еще 7 растений. Затем выбрать первое из исследуемых растений. Нажимая кнопку Copy (Копировать), создать 4 копии вида первого исследуемого растения. Присвоить созданным копиям имена. Для этого выбрать копию, нажать кнопку Edit (Редактор). Во втором уровне окна The Biology Lab (Биологическая лаборатория) нажать кнопку Rename (Переименование) и ввести с клавиатуры имя копии вида. Например, Willow1 (Ива1). Нажать на клавиатуре клавишу Enter. Возврат на первый уровень окна The Biology Lab (Биологическая лаборатория) происходит при нажатии кнопки  в нижнем левом углу окна 2 уровня. Аналогично создать и переименовать 4 копии вида второго исследуемого растения. Закрыть окно The Biology Lab (Биологическая лаборатория) кнопкой в левом верхнем углу.

6. Активизировать окно Map of World (Карта мира), нажать кнопку Populate (Заселение). В появившемся окне выбрать первое из растений, установить Number (счетчик семян) на 100, нажать кнопки Scattered (Разбросать) On Land (На суше) и Make It So (Продолжить).

7. Для индикации результатов эксперимента выбрать окно Population (Популяция) командой Census (Учет) в меню Windows (Окна) Главного меню.

В окне Population (Популяция) нажать кнопку All Plants (Все растения). Вверху слева будет показана их численность.

8. Запустить выполнение программы кнопкой Pause (Пауза) (рис.5). Чтобы ускорить процесс отсчета времени в меню Speed (Скорость) выберите команду Ultra (Очень быстро). Через год программа остановится. В окне Population (Популяция) прочесть число взошедших из 100 засеянных семян и вычислить всхожесть при данном уровне мутагенов. Записать в отчет.

9. Сбросить счетчик времени на 0, выбрав в меню Simulation (Моделирование), команду Technical (Технический), а затем – Set Time to 0 (Установить время на 0). Установить Run Control (Автоматическую паузу) на 5 лет и нажать Make It So (Продолжить). Записывать в отчет изменение численности популяции каждые 5 лет, пока прирост численности будет более 1% (примерно 10 измерений). По окончании измерений уничтожить заселенный вид. Для этого следует нажать, кнопку Populate (Заселение) на пульте управления (рис.3), установить счетчик семян на 999, нажать кнопки Kill of (Уничтожить) и Make It So (Продолжить). Выполнять уничтожение, пока не появится сообщение об уничтожении вида.

10. Построить график зависимости численности популяции х от времени t. На Карте мира подсчитать число знаков мутагенов и подписать его на построенном графике. В окне Редактирование нажать кнопку Add/remove mutagens (добавить/удалить мутагены) (рис. 3) и снизить их содержание до 20. Повторить действия 6-10 для первой копии первого вида растения.

11. Построить график зависимости численности популяции х от времени t для числа знаков мутагена, равного 10, 5 и 0, исследуя 2, 3 и 4 копии 1 вида.

12. Построить графики зависимости всхожести семян растения 1 вида от величины мутагенного воздействия. Построить зависимость емкости экологической ниши (максимально возможного числа растений) от величины мутагенного воздействия. Первый график характеризует конкурентоспособность организма, второй – уровень его приспособляемости к неблагоприятным условиям окружающей среды.

13. Выполнить 6-12 для 2 вида растений. Построить графики.

14. Провести сравнительный анализ двух видов растений:

а) какой из них существует в условиях стабилизирующего отбора?

б) как влияют мутагены на всхожесть семян?

в) приводит ли чрезмерное увеличение мутаций к расширению ареала обитания вида?

г) как изменится взаимная конкурентная мощь двух видов растений при росте мутагенных воздействий?

д) какое из растений победит в конкурентной борьбе?

Отчет предъявить преподавателю.

Практическое задание №2

трофические цепи и экологические пирамиды


Разнообразие типов живых организмов устойчиво функционирующей биосферы обеспечивает отсутствие в ней отходов. Все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для других организмов. Последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой, называется пищевой, или трофической цепью. Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, находятся на одном трофическом уровне. Так, все продуценты относятся к первому трофическому уровню, а все первичные консументы, питающиеся продуцентами ко второму. С каждым переходом с одного трофического уровня на другой в пределах одной пищевой цепи совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия. Установлено, что в природе в среднем около 10% (точнее, от 5 до 19%) доступной химической энергии одного трофического уровня трансформируется в доступную химическую энергию в организмах следующего уровня (правило 10%). Оставшиеся 90% энергии используется для поддержания жизнедеятельности организмов и теряется в виде тепла.

Химическую энергию, биомассу, численность живых организмов каждого трофического уровня можно отобразить в виде прямоугольника с площадью, пропорциональной численному значению каждого параметра. Расположив друг над другом прямоугольники, соответствующие 1, 2, 3 и так далее трофическим уровням, получим экологические пирамиды энергии, численности или биомассы. В пирамидах энергии, согласно правилу 10%, каждый последующий трофический уровень меньше предыдущего. В пирамидах численности, как правило, также каждый трофический уровень меньше предыдущего. Каждый трофический уровень одной пищевой цепи содержит определенное количество биомассы. Изобразив каждый уровень в виде прямоугольника с площадью, пропорциональной величине биомассы, получим экологическую пирамиду биомасс. Для большинства наземных экологических систем преобладает биомасса продуцентов, а суммарная масса каждого последующего уровня меньше предыдущего. В водных экологических системах пирамида биомасс выглядит перевернутой, поскольку биомасса консументов преобладает над биомассой продуцентов. Это явление объясняется тем, что в водных экосистемах продуцентом является быстро растущий фитопланктон, а не медленно растущие водоросли.

Цель задания: Создание и исследование устойчивой экосистемы. Определение трофического уровня, построение трофической цепи и экологической пирамиды численности.

Порядок выполнения задания.

1. Запустить программу Искусственная жизнь в окне Новая игра (рис.2), выбрать Experimental Mode (Режим эксперимента) и нажать кнопку Play Scenario (Играть по сценарию).
   
2. В окне World Design (Проект мира) установить следующие параметры: World Size – Small (размер мира – малый); Toxins (токсины), Mutagens (мутагены), Food Sources (источники пищи), Barriers (барьеры) – (0%); Mountains (горы), Regional Weather Variation (изменчивость климата), World Average Temp. (средняя температура), Rivers & Lakes (реки и озера) – 50%. Затем нажать кнопку Make It So (Продолжить).
   
3. В меню Simulation (Моделирование), выбрать команду Technical (Технический), затем Change Physics (Изменить физику). В открывшемся окне необходимо установить следующие параметры Lifespan - Medium (Длина жизни – средняя); Day length – 8 ticks (Длина дня - 8 тактов), Year length – 16 days (Длина года - 16 дней); Plant limit – 1/2 Maximum (число растений – не более 1/2); Mutation rate – tiny (Мутация малая), Animal Limit – 800 Maximum (животные – не более 800), Movement Costs – Tiny (Цена движения – крошечная) для всех видов движения, Food Value – Huge (Ценность пищи – огромная) для всех видов пищи, Metabolism Costs (Цена обмена веществ), Health Costs (Цена здоровья) и, Plant Costs (Цена растений) – Tiny (Крошечные), Soil & Climate Change – 50% (Изменение почвы и климата – среднее) и нажать кнопку Make It So (Продолжить).
   

Таблица 2-1. Варианты заселения экосистемы.

№	Продуценты	Консументы
1	Balsam Fir (Пихта бальзамная), Cottonwood (Тополь), Cranberry Bush (Клюква), Honeysuckle (Жимолость), Maize (Маис), Onion (Лук).	Black Widow (Черная вдова), Squirrel (Белка), Orgot (Пегас), Peccary (Пекари), Falcon (Сокол).
2	Poplar (Осина), Rambling Rose (Вьющаяся роза), Wheatgrass (Пырей), Willow (Ива), Bamboo (Бамбук), Coconut (Кокос).	Camel (Верблюд), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Dogs of War (Собака войны), Killer Penguin (Пингвин), Peacock (Павлин).
3	Alga (Водоросли), Kelp (Ламинария), Mangrove (Манговое дерево), Water Lettuce (Водный салат).	Squirrel (Белка), Trilobite (Трилобит), Heptapod (Гептапод), Rock Lobster (Лангуст), Sea Urchin (Морской еж), Giant Octopus (Гигантский спрут).
4	Sagebrush (Полынь), Balsam Fir (Пихта бальзамная), Cottonwood (Тополь), Fennel (Укроп), Bamboo (Бамбук), Sphagnum Moss (Мох сфагнум).	Camel (Верблюд), Fruit Bat (Крылан), Squirrel (Белка), Orgot (Пегас), Peccary (Пекари), Water Snake (Уж).
5	Poplar (Осина), Rambling Rose (Вьющаяся роза), Wheatgrass (Пырей), Giant Kapok (Капок дерево), Coconut (Кокос).	Black Widow (Черная вдова), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Gazelle (Газель), Orgot (Пегас), Dogs of War (Собака войны).
6	Balsam Fir (Пихта бальзамная), Cranberry Bush (Клюква), Honeysuckle (Жимолость), Lichen (Лишайник), Maize (Маис), Onion (Лук).	Black Widow (Черная вдова), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Lucia’s Llama (Лама Люции), Orgot (Пегас), Peccary (Пекари).
7	Poplar (Осина), Cottonwood (Тополь), Rambling Rose (Вьющаяся роза), Willow (Ива), Wheatgrass (Пырей), Coconut (Кокос).	Bee (Пчела), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Lucia’s Llama (Лама Люции), Orgot (Пегас), Pellican (Пеликан).
8	Bamboo (Бамбук), Rambling Rose (Вьющаяся роза), Wheatgrass (Пырей), Kelp (Ламинария), Mangrove (Манговое дерево).	Camel (Верблюд), Bee (Пчела), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Orgot (Пегас), Trilobite (Трилобит).
9	Ostrich Fern (Оноклея), Palm (Пальма), Tree Fern (Циатея древовидная), Sphagnum Moss (Мох сфагнум), Rambling Rose (Вьющаяся роза).	Bee (Пчела), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Orgot (Пегас), Gazelle (Газель), Water Snake (Уж).
10	Cranberry Bush (Клюква), Fennel (Укроп), Honeysuckle (Жимолость), Lichen (Лишайник), Maize (Маис), Onion (Лук).	Elephant (Слон), Camel (Верблюд), Bee (Пчела), Squirrel (Белка), Lucia’s Llama (Лама Люции), Orgot (Пегас).
11	Cottonwood (Тополь), Cranberry Bush (Клюква), Fennel (Укроп), Honeysuckle (Жимолость), Lichen (Лишайник), Maize (Маис), Onion (Лук).	Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Lucia’s Llama (Лама Люции), Dogs of War (Собака войны), Orgot (Пегас), Peccary (Пекари).
12	Ostrich Fern (Оноклея), Tree Fern (Циатея древовидная), Palm (Пальма), Mangrove (Манговое дерево), Kelp (Ламинария).	Squirrel (Белка), Orgot (Пегас), Gazelle (Газель), Trilobite (Трилобит), Rock Lobster (Лангуст), Shark (Акула).
13	Red Clover (Луговой Клевер), Wheatgrass (Пырей), Willow (Ива), Bamboo (Бамбук), Coconut (Кокос), Giant Kapok (Капок дерево).	Elephant (Слон), Camel (Верблюд), Squirrel (Белка), Roach (Таракан), Heptapod (Гептапод), Giant Octopus (Гигантский спрут).
14	Willow (Ива), Bamboo (Бамбук), Giant Kapok (Капок дерево), Sphagnum Moss (Мох сфагнум), Tree Fern (Циатея древовидная).	Camel (Верблюд), Squirrel (Белка), Lucia’s Llama (Лама Люции), Dogs of War (Собака войны), Orgot (Пегас), Desert Snake (Кобра).

4. Составить трофическую цепь, руководствуясь номером варианта из таблицы 2-1.
   

Проанализировать организмы, входящие в номер варианта, с точки зрения жизнеспособности, исключить нежизнеспособные (например, пчелу при отсутствии имеющих нектар растений). Анализ провести с помощью окна The Biology Lab (Биологическая лаборатория). Уточненная трофическая цепь должна содержать не менее 1 вида организмов на каждом из 3 трофических уровней. Определить предполагаемую численность популяций организмов из расчета: число организмов на каждом последующем трофическом уровне должно быть в 7-20 раз меньше.

5. Спроектированная вами экологическая система должна быть заселена. Начать следует с заселения растений и животных, питающихся фильтруемой пищей (трофические уровни 1 и 2). Затем заселить растительноядных животных (трофический уровень 2). В конце заселить хищников (трофический уровень 3). Поскольку требуется время для произрастания организмов на предыдущем трофическом уровне, заселение уровней нужно проводить последовательно, начиная с 1, через определенные промежутки времени. Для засева растений нажать кнопку Populate (Заселение) на пульте управления (рис.3). В активизированном окне нажать кнопку Selected Species (Выбранные виды), передвинуть курсор мыши на требуемое растение. Картинки растений с их названиями представлены на рис.7. Установить Number (Счетчик семян) на требуемую величину (300). Выбрать Scattered (Разбросать) On Land (На суше) или In Water (В воде). Нажать кнопку Make It So (Продолжить).

6. Запустить выполнение программы кнопкой Pause (Пауза) (рис.5). Чтобы ускорить процесс отсчета времени в меню Speed (Скорость) выберите команду Ultra (Очень быстро). Для контроля численности заселенных организмов выбрать окно Population (Популяция) командой Census (Учет) в меню Windows (Окна) Главного меню.

7. Если общая численность организмов 1 трофического уровня остается постоянной в течение 2 лет (приблизительно 50% от расчетного значения), можно заселить травоядных животных.

8. Если общая численность животных на 2 трофическом уровне не меняется в течение 2 лет, популяцию можно считать устойчивой и заселить хищников.
   
9. При сохранении общей численности особей всех 3 уровней в течении 2 лет постоянной экосистему можно считать устойчивой и остановить эксперимент кнопкой Pause (Пауза).
   
10. Переписать численность организмов каждого трофического уровня из окна Populate (Заселение), построить трофическую цепь с указанием численности каждого уровня, построить в масштабе пирамиду численности. Отчет предъявить преподавателю.