д.т.н, профессор, кафедра автоматизированных и вычислительных систем
doc. tech. sci., professor, automation and informatics in technical systems department
к.т.н, доцент, кафедра автоматизированных и вычислительных систем
cand. tech. sci., assistant professor, automation and informatics in technical systems department
Обсуждается эволюционное значение биологического разнообразия, системообразующее значение которого в ноосфере Земли закреплено конвенцией ООН. Рассмотрены примеры и роль этого разнообразия на разных уровнях организации жизни. На уровне отдельных организмов указанное разнообразие проявляется в дифференциации и разделении физиологически важных функций, значительно расширяющих экологическую нишу тех особей, у которых такое разделение наиболее совершенно. Однако организменный уровень биологического разнообразия непригоден для построения эволюционных моделей, так как возможность реализации процессов генетической наследственности и изменчивости возникает начиная с минимальной структурной единицы живого мира, которой является популяция. Отмечено, что накопление генофонда, необходимого для эволюции вида, возможно только в достаточно больших популяциях, в которых общая скорость мутационных изменений не уступает скорости вариаций условий внешней среды. Показано, что известные формальные модели видовой эволюции, построенные на основе теоремы Фишера о влиянии генной дисперсии на приспособленность особей, не отвечают реальным условиям существования видов в силу принятого конечного и постоянного числа генотипов в популяции. На экосистемном уровне организации жизни основную роль играет таксономическое разнообразие, которое обеспечивает непрерывность трофической цепи в системе при возникновении неблагоприятных условий для развития отдельных таксонов. Кроме того, существенное стабилизирующее значение для прогрессивной эволюции экосистемы имеют её многоуровневое, иерархическое строение и замкнутый круговорот вещества и энергии. Модели эволюции систем на базе уравнений Лотки-Вольтерры, описывающих взаимодействие элементов разомкнутой экосистемы, в недостаточной мере отражают роль биоразнообразия в эволюционных процессах. Сформулированы требования к таким моделям, учитывающим баланс массы в системе; её трофическую структуру; накопительные (буферные) свойства каждого уровня экосистемы; множественность взаимосвязей между уровнями экосистемы; ограничивающее влияние внутривидовой и межвидовой конкуренции. Перспективным в этом плане является привлечение идей и математического аппарата биокибернетики.
Summary. The paper discusses the evolutionary impact of biodiversity, the backbone of noosphere, which status has been fixed by a UN convention. The examples and role of such diversity are considered the various levels of life arrangement. On the level of standalone organisms, the diversity in question manifests itself in the differentiation and separation of the key physiologic functions which significantly broaden the eco-niche for the species with the consummate type of such separation. However, the organismic level of biodiversity does not work for building any developmental models since the starting point of genetic inheritance and variability processes emerges on the minimum structural unit of the living world only, i.e. the population. It is noted that the sufficient gene pool for species development may accumulate in fairly large populations only, where the general rate of mutation does not yield to the rate of ambient variations. The paper shows that the known formal models of species development based on the Fisher theorem about the impact of genodispersion on species adjustment are not in keeping with the actual existence of the species due to the conventionally finite and steady number of genotypes within a population. On the ecosystem level of life arrangement, the key role pertains to the taxonomic diversity supporting the continuous food chain in the system against any adverse developmental conditions of certain taxons. Also, the progressive evolution of an ecosystem is largely stabilized by its multilayer hierarchic structure and the closed circle of matter and energy. The developmental system models based on the Lotka-Volterra equations describing the interaction of the open-loop ecosystem elements only insufficiently represent the position of biodiversity in the evolutionary processes. The paper lays down the requirements to such models which take into account the mass balance within a system; its trophic structure; the accumulative (buffering) properties of each ecosystem layer; the multiple interconnections among the ecosystem species; and the restricting impact of the intraspecific and interspecific competition. From this perspective, the use of bio-cybernetic concepts and mathematic tools looks quite promising.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.