Количественные методы в зоологии

ПРОГРАММА КУРСА
Составитель: проф., д.б.н., директор музея Землеведения МГУ Андрей Валерьевич Смуров

Разделы:

Статистические методы в биологии, экспериментальные законы. Моделирование и модели: вербальные, графические, физические, математические. Характеристики и модели статических и динамических процессов. Понятие о генеральной совокупности и выборке. Виды выборок. Репрезентативность. Соотношение между выборочными и генеральными значениями. Точность выборочных оценок  (среднее квадратичное отклонение, доверительная вероятность и доверительный интервал). Основные понятия теории вероятностей. Распределение вероятностей. Моменты распределений (среднее, дисперсия, асимметрия, эксцесс). Сравнение распределений и параметров распределений (метод моментов, метод χ2, распределение Стьюдента).

Численность популяций. Плотность поселения. Экологическая плотность поселения. Пространственное размещение. Регулярное и случайное размещение: модель и описание. Случайно-мозаичное размещение: модель и описание. Отрицательное – биномиальное распределение (ОБР). Упрощения случайно-мозаичной модели – трехпараметрическое (ТПР) и двухпараметрическое (ДПР) распределения. Распределения Неймана, Томас и ОБР -II. Трудности, возникающие при анализе реальных размещений. Индексы агрегированности.

Пространственное размещение и точность оценки популяционных показателей. Зависимость дисперсии от размеров проб. Общая методика исследования размещений. Планирование объема выборки. Оптимизация объема выборки при качественных и количественных учетах. Экологическая интерпретация редкости видов.

Сообщества и  экосистемы (состав и структура). Биоразнообразие. Количественные методы описания и сравнения сообществ. Распределение численностей видов в сообществах, модели распределений (геометрическая, логарифмическая, "разломанного стержня"). Индексы доминирования, выравненности, разнообразия, индексы Сёренсена, Жаккара.

Процессы, определяющие изменения численности. Рождаемость, смертность, миграции. Когорта как элементарный объект классический демографической  теории и популяционного анализа. Кривые выживания и размножения, жизненная таблица. Чистая скорость размножения и среднее время генерации. Формирование возрастного состава популяции на основе кривых размножения и выживания когорт. Теорема Лотки, "геометрическая прогрессия организмов". Уравнение устойчивой возрастной структуры популяции. Точный и приближенный способы нахождения удельной скорости изменения численности. Расчет удельной скорости изменения численности в природных популяциях.

Популяционный анализ. Методы оценки рождаемости и смертности в природных популяциях. Формулы правильные и неправильные. Формула как инструмент измерения. Проблема выбора формулы и машинный эксперимент. Схема выявления факторов динамики численности, формула как инструмент анализа. Экспоненциальный и логистический рост численности популяции, типы жизненных стратегий.

Конкуренция. Модель Лотки-Вольтерра-Гаузе. Конкурентное вытеснение и исключение, теория и эксперименты. Модели динамики численности популяций, определяемые концентрацией ресурсов.

Продукция. Элиминация. Общий метод вывода формул для расчета продукции. Частные формулы для расчета продукции и допущения, на которых они основаны. Выбор наилучшей расчетной формулы. Балансовый подход как теоретическое обоснование необходимости расчета продукции. Парадигмы балансового подхода. Балансовый подход и популяционный анализ. Метод оценки смертности молодых и взрослых особей, основанный на величине продукции. ABC метод. Принципы популяционного анализа.

Взаимосвязь математики и биологии. Системный и редукционный подход – две стратегии в математическом анализе биологических явлений. Биологический мониторинг как элемент системного подхода.

Базы данных. Классические  и  компьютерные методы представления и хранения информации. Персональные ЭВМ и периферийное оборудование. Простейшие блок-схемы работы ЭВМ с различной конфигурацией.

Общие понятия о программных средствах ЭВМ. Операционные системы DOS, Windows и NT, общие сведения, основные функции. Язык дисковой операционной системы DOS (элементарные ключевые слова). Программа NORTON Commander.

Основные приёмы создания иерархической системы каталогов. Файловая система. Действия оператора при работе на персональных ЭВМ. Работа с ЭВМ в диалоговом режиме. Текстовые редакторы персональных ЭВМ. Обзор основных возможностей. Работа с текстовыми экранными редакторами NORTON, LEXIKON, WORD. Вход в систему, загрузка, набор текста, сохранение, выход из редактора. Приемы редактирования  текста. Выделения и изменения фрагментов текста. Подготовка к печати (шрифты, создание формата страницы, разбивка на страницы, выбор качества печати). Распечатка текстов. Принтеры.

Основные понятия о базах и банках данных. Структура пакетов прикладных программ для структуризации и статистической обработки банков количественных и качественных данных. Пакет программ STATGRAF. Пакет программ Excel. Пакет программ ECOS. Вход в систему, устройство меню пакетов, обработка баз данных,   распечатка данных.

Машинная графика. Графический редактор CorelDraw. Обработка изображений, пакет программ PhotoShop. Подготовка отчётов, докладов и презентаций, программа PowerPoint.

Рекомендованная литература:

Основная:
Смуров А.В., Полищук Л.В. 1989. Количественные методы оценки основных популяционных показателей: статический и динамический аспекты. Изд. МГУ. 209 с.

Гиляров А.М. 1990. Популяционная экология. Изд. МГУ. 192 с.

Мэгарран Э. 1992. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: "Мир". 184 с.

Уиттекер Р. 1980. Сообщества и экосистемы. М.: "Прогресс". 337 с.

Дополнительная:
Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. 1989. Экология. Особи, популяции и сообщества. В 2-х томах. М.: "Мир". Т.1. 667с.; Т.2. 447 с.

Левич А.П., Максимов В.Н., Булгаков Н.Г. 1997. Теоретическая и экспериментальная экология фитопланктона. М.: Изд. НИЛ. 184 с.

Красилов В.А. 1992. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М.: Инст. охраны природы и заповедного дела.  174 с.

Одум Ю.  1986. Экология. М.: "Мир". Т.1. 328 с.; Т.2. 376 с.

Пианка Э.  1981. Эволюционная экология. М.: "Мир". 399 с.

Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. 1980. Экология. Изд. МГУ. 464 с.