Экологические Орбиты

Экологические Орбиты

Автор	Лев Р. Гинзбург и Марк Коливан
Художник обложки	Эми Данхэм
Язык	Английский
Предмет	Популяционная экология
Издатель	Издательство Оксфордского университета
Дата публикации	2003
Страницы	184
ISBN	978-0-195-16816-7
OCLC	5105047476
Десятичная система Дьюи	577
Класс LC	QH352.G55
Веб-сайт	Стипендия Оксфорда Онлайн

«Экологические орбиты: как движутся планеты и растут популяции » — книга по экологии популяций , написанная экологом Львом Р. Гинзбургом и философом науки Марком Коливаном , в которой обосновывается инерционная модель динамики популяций .

Книга разделена на восемь глав, каждая из которых развивает аргумент Гинзбурга и Коливэна в пользу инерциальной модели динамики популяций . ^[1] Она начинается с объяснения планетарных орбит и роста населения и утверждает, что аналогия между ними может быть плодотворной для теоретической экологии . ^[2] Глава 2 посвящена дебатам о том, могут ли в экологии быть законы природы, родственные законам физики, путем сравнения экологических аллометрий, таких как закон Клейбера, с законами движения планет Кеплера . ^{[2] [3]} Гинзбург и Коливэн утверждают, что экологические аллометрии нельзя сбрасывать со счетов как законы природы, они не всегда являются исключительными, предсказательными, фальсифицируемыми или отличимыми от случайных закономерностей, поскольку такие опасения также исключали бы физические законы. ^{[1] [3]} Например, они утверждают, что физические законы не всегда без исключений, поскольку многие из них справедливы только при идеальных условиях, и они никогда не являются полностью фальсифицируемыми, поскольку всегда можно внести дополнительные поправки, чтобы предотвратить полное отклонение закона. ^[2]

В главе 3 Гинзбург и Коливан описывают, как их взгляд на динамику популяции отличается от традиционных счетов, которые предполагают экспоненциальный рост или убыль. ^[4] В то время как традиционные счета основаны на правилах, регулирующих темпы рождаемости и смертности, модель Гинзбурга и Коливан начинается с рассмотрения потребления энергии особями, которое лежит в основе их способности выживать и воспроизводиться и, следовательно, определяет темпы рождаемости и смертности популяции. ^[5] Это приводит к теории, которая по математической форме отличается от традиционного счета, ^[5] являясь дифференциальным уравнением второго порядка, а не уравнением первого порядка, предсказывающим экспоненциальный рост или убыль популяции. ^{[2] [6]} Согласно этой теории, убыль популяции должна демонстрировать ускоренную смерть, а динамику популяции в более общем плане можно предсказать только в том случае, если известны как темп роста, так и ускорение, аналогично классической механике , которая требует, чтобы скорость и ускорение объекта были известны для предсказания его последующего движения. ^{[2] [4]} Гинзбург и Коливан представляют результаты экспериментов Ларри Слободкина по голоданию гидр , которые показали параболическое снижение популяции в качестве доказательства их теории. ^{[2] [4]}

Глава 4 подробно описывает то, что Гинзбург и Коливан называют гипотезой материнского эффекта , которая обеспечивает механизм для инерционного аспекта их теории динамики популяций. ^{[3] [6]} Согласно этой гипотезе, более здоровые матери производят потомство, которое само по себе более здорово и лучше обеспечено, чем менее здоровые матери, что делает потомство более способным выживать и размножаться. В результате скорость роста популяции зависит не только от ее текущих обстоятельств, но и от обстоятельств родительского поколения. ^{[1] [5]} Это означает, что в целом популяции должны реагировать на изменения обстоятельств с задержкой во времени; здоровье предыдущих поколений может на какое-то время помочь противодействовать эффекту ухудшающихся условий. ^{[1] [2] [4]} Гинзбург и Коливан объясняют, как материнский эффект вызывает изменения второго порядка в росте популяции, которые могут объяснять циклы популяции . Популяционные циклы обычно объясняются моделями хищник-жертва , но Гинзбург и Коливан утверждают в главе 5, что такие модели переобучены и не могут объяснить то, что они называют случаем пропущенных периодов без специальных предположений . ^{[6] [7]} Случай пропущенных периодов - это отсутствие наблюдаемых популяционных циклов с периодами от 2 до 6 поколений, факт, который предсказывается гипотезой материнского эффекта наряду с возрастной структурой популяции и когортными эффектами . ^{[2] [3] [6]} Они также утверждают, что гипотезу материнского эффекта можно проверить напрямую с помощью лабораторных экспериментов с использованием модельных видов. ^[3] В частности, они утверждают, что зависящее от соотношения хищничество, при котором наблюдается совместный экспоненциальный рост популяций хищника и жертвы, возможно в рамках их модели, но не традиционных моделей. ^[2]

В главе 6 Гинзбург и Коливан далее развивают идеи ускоренной смерти и материнских эффектов в общую теорию инерционной динамики популяции. Они предлагают уравнение для производной по времени скорости роста (т.е. ускорения изменения популяции), которое зависит всего от трех параметров α, β и r _max :

${\displaystyle {\frac {dr}{dt}}\approx \left(1-{\frac {r}{r_{max}}}\right)(-\alpha (nn^{*})+\beta r)}$

где r — скорость роста, t — время, n — натуральный логарифм размера популяции, а n* — равновесное значение n . Они показывают, что это уравнение может учитывать диапазон динамики популяции, включая экспоненциальный рост , монотонное приближение к равновесию, превышение равновесия, затухающие колебания , колебания с постоянной или увеличивающейся амплитудой и асимметричные циклы. ^[3]

Глава 7 исследует некоторые практические последствия модели Гинзбурга и Коливэна, в том числе для управления рыболовством и сохранения исчезающих видов. ^{[5] [7]} Например, они утверждают, что их инерционная модель предсказывает, что относительно небольшое увеличение количества вылавливаемой рыбы может привести к быстрому сокращению популяции рыб и даже к вымиранию. ^[1] Они считают, что текущие трудности в управлении окружающей средой можно проследить до того факта, что используемые в настоящее время инструменты не учитывают инерционные эффекты. ^[5] Глава 8 подробно описывает проблемы, связанные с выбором научной теории , и утверждает, что такие проблемы поддерживают инерционную модель по сравнению с традиционными моделями динамики популяции. ^[8] Они утверждают, что инерционная модель относительно проста, при этом успешно приспосабливая эмпирические данные. ^[1] Глава также суммирует аргументы и позиции, представленные в книге. ^[8]

Гюнтер Вагнер рецензировал книгу в Science , описывая ее как «захватывающее чтение на многих уровнях» благодаря объяснениям Гинзбурга и Колливана на протяжении всей книги. Он сказал, что книга, помещающая индивидуальное потребление энергии в центр своей теории, была «новой» и что если Гинзбург и Коливан были правы относительно практических последствий своей теории, « Экологические орбиты должны стать мгновенной классикой, которую должен прочитать каждый профессиональный и начинающий эколог и биолог-эколог». Он также сказал, что вполне возможно, что « Экологические орбиты вполне могут оказаться знамением такого перехода от того, что считалось немыслимым — а именно строгой и нетривиальной теории динамики популяций, родственной закону природы, — к настоящему научному достижению». ^[5] В The Quarterly Review of Biology Чарльз Дж. Кребс сказал, что книга «исследует аналогию между движением планет и ростом населения новым способом, который дает некоторые захватывающие идеи о фундаментальной структуре теоретической популяционной биологии». Он назвал аргумент Гинзбурга и Коливэна «убедительным» и сказал, что его «единственная претензия» заключается в том, что термин «материнский эффект» «использовался слишком вольно, чтобы обозначить все отсроченные эффекты, посредством которых одно поколение влияет на биологию следующих поколений, а не ограничиваться биологическими механизмами» ^{[7] .}

В обзоре книги, опубликованной в Международном обществе поведенческой экологии Newsletter , Скотт М. Рэмси усомнился в том, насколько нова идея временных задержек и материнских эффектов в популяционной экологии, заявив, что временные задержки часто включаются в учебники по экологии и что материнский эффект известен с 1950-х годов. Он сказал, что ему остается только гадать, «справедливо ли критиковать эту книгу за то, что она просто производная, или следует похвалить авторов за то, что они привлекли внимание к идеям, которые сопротивлялись включению в популяционное моделирование?» Он также чувствовал, что аналогия между популяционной динамикой и классической механикой была менее сильной, чем утверждают Гинзбург и Коливан, заявив, что представленные ими данные могут быть объяснены неинерционными моделями. Тем не менее, он считал, что стиль письма «в целом довольно хорош» и что книга «должна представлять очевидный интерес для экологов-теоретиков», а также быть доступной для аспирантов и студентов старших курсов. ^[2]

В журнале Ecology Роберт П. Фреклтон раскритиковал книгу за представление полностью детерминированной модели динамики популяции, которая игнорирует стохастические эффекты, такие как влияние погоды, заявив, что в результате их модель «должна считаться неполной». Фреклтон говорит, что это важное упущение, поскольку стохастичность может обеспечить альтернативный механизм для ускоренной смертности в популяциях. Фреклтон также утверждает, что книга имеет зоологический уклон, фокусируясь на динамике популяции животных, исключая динамику популяции растений. Он говорит, что детерминированные модели были успешно применены к популяциям растений, но что циклы популяции, как правило, не наблюдаются вопреки тому, что предсказывает гипотеза материнского эффекта. Он также чувствовал, что аргумент в книге, возможно, больше подходил для более краткого представления в журнальной статье. Он заключил, сказав: «[сказав] все это, я получил удовольствие от чтения книги и получил пищу для размышлений». ^[4]

Джон М. Дрейк рецензировал книгу в The American Midland Naturalist . Он сказал, что она представляет собой «свежую и стимулирующую перспективу», которая «заставляет серьезно отнестись к проблеме того, что концептуальные основы нашей дисциплины все еще должны быть подвергнуты сомнению, интерпретированы, оспорены и изменены или одобрены». Он считал, что ее «приятно читать», и что ее тон был «обезоруживающим и увлекательным», что делало ее доступной для студентов и заинтересованных неученых. Однако он чувствовал, что философская часть книги, сосредоточенная на том, есть ли у экологии законы, вовлекает в «ошибочный» спор и была «немного утомительной». ^[3] Серж Лурий рецензировал книгу в Physics Today , сказав: «Я настоятельно рекомендую ее как истинное удовольствие для чтения». Он описал Гинзбурга как «усердного и способного революционера» за его работу в области экологии и сказал, что философия в книге «не должна отпугивать потенциального читателя, поскольку она представлена ​​очень легкомысленно». ^[6]

Джон Мэтьюсон рецензировал книгу в Australasian Journal of Philosophy , описывая ее как краткую, но плотную и глубокую в своем изложении научных и философских вопросов. Тем не менее, он считал, что ее можно было бы сделать длиннее, чтобы некоторые математические моменты можно было объяснить более доступно для неспециалистов. Он также считал, что это позволило бы более глубоко развить некоторые философские аргументы, которые, по его мнению, некоторые читатели могут счесть «неудовлетворительными». Например, он утверждает, что аргумент книги о том, что законы природы в физике и экологии в равной степени открыты для вопросов, может привести нас к выводу, что ни одна из них не имеет подлинных законов, а не к тому, что обе они делают так, как утверждают Гинзбург и Коливан. Кроме того, он говорит, что существуют различия между экологическими и физическими законами, не рассмотренные в книге, например, физические законы являются универсальными. В целом, он характеризует эти проблемы как «незначительные моменты, учитывая все, что есть в этой книге», и говорит, что « Экологические орбиты» — «фантастический пример того, что может получиться, когда ученые и философы сотрудничают». ^[1]

Экологические орбиты в Оксфорде Стипендия Онлайн