velikol.ru
1

Международные научные связи

93


Доктор

биологических

наук

А. И. ЗОТИН

ТЕОРИЯ ЭКОСИСТЕМ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОКЕАНОГРАФИЯ

Проблемы экологии в связи с возрастающим воз­действием человека на окружающую среду и на биологические сообщест­ва приобретают с каждым годом все большее значение. Это воздействие сказывается не только в окрестностях крупных городов или в зоне ин­тенсивного земледелия, но и в таких, казалось бы, малоуязвимых райо-пах Земли, как крупные лесные массивы, горы и океанские просто­ры. Антропогенные воздействия, меняя химизм окружающей среды, сокращая размеры пространства существования и численность животных и растений, заметно меняют экологическую ситуацию в природе. Это ста­вит новые задачи перед биологами, изучающими взаимоотношения орга­низмов со средой и между собой. Решение этих задач должно дать воз­можность прогнозирования дальнейшей эволюции жизни на Земле в ус­ловиях все возрастающей численности людей и производства.

Таким образом, построение теории экосистем, способной помочь реше­нию возникающих задач, играет в настоящее время большую роль. Не удивительно поэтому, что и у нас в стране и за рубежом предпринима­ются попытки индивидуального и коллективного решения глобальных проблем экологии. В частности, соответствующая рабочая группа Научно­го комитета исследований океанов ЮНЕСКО решила собрать конферен­цию по теории экосистем и биологической океанографии с привлечением специалистов из других областей знаний — математиков, физиков, биофи­зиков — с тем, чтобы попытаться создать пул идей, способных стимули­ровать новые направления в теоретической экологии применительно к биологической океанографии.

Эта конференция состоялась 15—25 марта 1984 г. в Канаде близ го­рода Квебек в специальном здании для конференции, носящем название «Лес Монморенси». В ней приняли участие ученые из Австралии, Англии, Бельгии, Бразилии, Индии, Испании, Канады, СССР, США, Франции, ФРГ, Чили, Японии и др.— представители многих стран, имеющие дело с океанами и морями.

Хотя конференция была посвящена проблемам теоретической экологии и биологической океанографии, основными докладчиками вместе с биоло­гами были математики, физики и биофизики. Это определялось особыми задачами конференции, о которых говорилось выше, и желанием специа-

Международные научные связи

94

листов в области биологической океанографии ближе познакомиться с новыми идеями в математической биологии и биофизике, «примерить» эти новые идеи на собственные проблемы. На конференции работали пять секций: термодинамики, теории информации, статистической физи­ки, нетаксономических агрегаций, потокового анализа. Кроме того, за­седали рабочие группы.

Современное решение как глобальных, так и локальных экологических проблем биологической океанографии сводится к анализу пищевых цепей в популяциях, потока вещества и энергии в биологических сообществах, явлений роста и нетаксономических агрегаций, влияния на эти процессы различных факторов среды. Основу такого анализа, конечно, составляют описательные и экспериментальные методы, однако в последние годы все большее распространение в биологической океанографии получают мето­ды математического моделирования, основанные на использовании диф­ференциальных уравнений и сетевого анализа. Для изучения роста орга­низмов и популяций используют также различного рода уравнения роста и аллометрические соотношения, связывающие различные параметры ор­ганизмов и популяций с их биомассой. Делаются попытки применять для решения экологических проблем методологию и соотношения современной термодинамики неравновесных процессов, статистической физики, теории информации и синергетики (теории самоорганизации).

Указанным вопросам были посвящены доклады, заслушанные на заседаниях секции. В секции термодинамики: П. Аллен (Бельгия) — «Диссипативные структуры в экосистемах», А. И. Зотин (СССР) — «Термодинамика и рост в экосистемах», В. Галлуци (США)—«Термодинамический анализ множественных стационарных состояний в бентосных экосистемах». В секции теории информации: Р. Розен (Ка­нада) — «Теория информации и динамика экосистем», Р. Маргалеф (Испания) — «Будущее использование теории информации в биологической океанографии», Г. Ат-лан (Израиль) — «Теория информации и организация в экосистемах». В секции ста­тистической физики: Л. Трейпор (Канада) — «Статистическая механика в биологии: приложение к экологии», Д. Микулеский (США) — «Диссипативные сети в биологии и экологии», М. Конрад (США) — «Приспособителыюсть и морская продуктивность». В секции нетаксономических агрегаций: Т. Платт (Канада) — «Аллометрия в мор­ских экосистемах», В. Кольдер (США) — «Размеры тела и метаболизм в экологиче­ских системах», С. Каузинс (Англия) — «Трофические цепи в морских экосистемах». В секции потокового анализа: Б. Хэннон (США) — «Анализ потоков в экосистемах», Б. Паттен (США) — «Анализ потоков в морских экосистемах», М. Фашман (Анг­лия) — «Потоковый анализ и статистическая механика».

Хотелось бы сказать несколько слов о рабочих группах, так как подобная форма работы не часто встречается на наших внутренних кон­ференциях. Цель их организации — попытка коллективного рассмотрения теоретических идей, высказываемых докладчиками секций, возможности их проверки, а также технического обеспечения их будущего внедрения и организации совместных международных экспериментов на этой основе. На конференции работали четыре группы: проектов испытаний и провер­ки гипотез, взаимодействия физиков и биологов, новой техники и техно­логии, необходимой для биологической океанографии, крупномасштабных проектов международного сотрудничества для проведения совместных экспериментов. Я участвовал в работе рабочей группы по новой технике и технологии. Интересной кажется сама попытка планирования приборов и аппаратов не для текущих исследований, а для теорий, которые могут быть созданы в будущем. Этим одновременно обеспечивается быстрое раз­витие теорий, если они появятся, и стимулируется новый технический уровень стандартных исследований. Из новинок, которые рассматривались

Теория экосистем и биологическая океанография 95

в таком плане, следует отметить счетчики биологических объектов, уста­навливаемые на спутниках и самолетах; потоковые питометры, снабжен­ные компьютерной техникой; проточные микрокалориметры с програм­мным управлением, устанавливаемые на долгий срок в море и др.

Общие результаты заседаний рабочей группы были доложены и обсуж­дены в последний день конференции, который был также посвящен крат­ким внепрограммным сообщениям ее участников.

В целом конференция прошла успешно. Было высказано много идей об использовании современной термодинамики, теории информации, се­тевого анализа и статистической физики в различных областях биологи­ческой океанографии. Хотя полного понимания (как и у нас в стране) между биологами, математиками и физиками достигнуто не было, все участники конференции согласились, что контакты должны быть продол­жены, так как высказанные новые подходы к анализу проблем теоретиче­ской экологии достаточно перспективны и полезны. Важной стороной про­веденной конференции было также знакомство биологов-океанографов с новыми направлениями в физике и математике. Можно надеяться, что в недалеком будущем эти новые направления найдут достаточное примене­ние в биологии, и в частности в биологической океанографии. Как быст­ро это произойдет, сказать очень трудно. Судя по тому, что только в наше время среди биологов-океанографов получили широкое распростра­нение аллометрические соотношения, попытки внедрения которых в био­логию начаты еще работами Гексли (1932), это произойдет еще не скоро.

Как резюмировал в своем заключительном докладе председатель орг­комитета конференции Р. Уланович (США), перспективны все направле­ния, представленные на конференции, и особенно связанные с внедре­нием понятий термодинамики неравновесных процессов. С моей точки зрения, наиболее перспективны направления, связанные с аллометрическим анализом популяций.

УДК 577.4