№ 7 (2023)

Устойчивость биологических систем обеспечивает их жизнеспособность в условиях воздействия факторов окружающей среды. Гомеостатические механизмы организма обеспечивают устойчивость процесса индивидуального развития (гомеостаз развития, или гомеорез). Устойчивость биосистем более высокого ранга определяется разнообразием и устойчивостью составляющих элементов. Новые возможности для реализации гомеостатических механизмов появляются на уровне социума.

В статье рассматриваются возможные подходы для оценки цитогенетического гомеостаза в природных популяциях. Обсуждаются различные цитогенетические методы, их преимущества, недостатки и ограничения, связанные с исследованием животных в естественной среде обитания. Для надежной характеристики качества окружающей среды рекомендуется дополнять оценки, полученные в природных популяциях, лабораторными экспериментами с использованием тест-объекта. В силу целого ряда особенностей, в качестве такого объекта предлагается использовать короткоцикловых рыб Nothobranchius rachovii.

Проведена оценка показателей стабильности развития (величины флуктуирующей асимметрии краниологических признаков) обыкновенной бурозубки (Sorex araneus L., 1758) в Центральной Сибири в ходе популяционной динамики. В этой популяции четырехлетние циклы в прошлом столетии сопровождались нарушением стабильности развития на фазе пика численности. Флуктуации численности в условиях изменения климата в этом столетии наблюдаются без значительных изменений стабильности развития. Нарушение стабильности развития имеет место лишь в случае эффекта переуплотнения в год высокой численности, превышающей определенный пороговый уровень, который мог возрасти вследствие роста емкости местообитаний в условиях изменения климата.

Высокое разнообразие является характерным атрибутом любых материальных феноменов и процессов с участием живого вещества, т.е. очень сложных систем. Проверяли наличие фундаментальных ограничений разнообразия и самоорганизации на примере скелета млекопитающих четырех отрядов, относящихся к 41 виду. Исследованы свойства более 4700 многомерных описательных моделей. Для каждой модели был вычислен индекс самоорганизации R (0 ≤ R ≤ 1), диапазон изменчивости которого был ограничен в основном интервалом ~0.10–0.31. Для обоснования эмпирических данных использовали представления об абстрактном регуляторе Эшби и теорему Шеннона-Хартли. Был сделан вывод о существенных ограничениях качества регуляции разнообразия и возможного уровня самоорганизации очень сложных систем в стационарных состояниях.

На примере различных групп растительноядных млекопитающих показано, что пространственная, сезонная и многолетняя динамика энергетических ресурсов прямо отражается на уровне их потребления животными, определяет изменения интенсивности процессов размножения, смертности и миграций, и, в конечном итоге, состояние и устойчивость популяций. Поступление питательных веществ и энергии изначально ограничено, что определяет те или иные формы экологических процессов согласно иерархии компонентов энергетического бюджета. Энергетический баланс организма выступает в качестве универсального интегрального показателя эффективности адаптационных возможностей организма к средовым факторам в каждый момент его жизненного цикла.

Кратко рассмотрены четыре основные модели возникновения границ и, в частном случае, целостности, вытекающие из теории нелинейных динамических систем. На основе фундаментальной теоремы отсчета Котельникова и, соответственно, общей теории информации исследуется характер выделяемой границы, как функции частоты опробования в пространственном ряду с регулярным шагом, и вводится единица измерения “берг” – одно полное колебание на один километр, по сути тождественная единице “герц” для временного ряда. Основные положения проиллюстрированы на примере анализа свойств реальных биогеоценозов и мультиспектральных измерений отраженной солнечной радиации по спутнику SPOT 6.

Обсуждается расширительное понятие “гомеостаз” применительно не только к организму, но и к популяции, экосистеме и социо–эколого–экономическим системам (в контексте устойчивого развития). Устойчивость является важнейшим качеством систем. Обсуждаются математические формализации и примеры различных определений устойчивости: по Ляпунову (устойчивость), Лагранжу (стабильность), Пуассону (периодическая устойчивость), Свирежеву (иерархическая устойчивость), Холлингу (упругость), Флейшману (живучесть), Гнеденко (надежность).