21.04.2014 г.

  На главную раздела "Академик Сапунов В.Б."




Глава 8. Природа в потоке времени


          1. Циклические процессы в природе

          Важнейший абиотический фактор, физическая природа которого до сих пор не ясна — время. Природа в целом и биосфера в частности постоянно находятся в его потоке.

          Биоритмология — (от греч. ”ритмос” — размерность) — раздел биологической физики и экологии, изучающий циклические, повторяющиеся процессы в биологических системах различного уровня организации, от биосферного до молекулярного. Хронобиология — (от греч. ”хронос” — время) — часто рассматривается как синоним термина “биоритмология”. Однако некоторые авторы все же разделяют эти науки. Хронобиологию можно рассматривать как науку о развитии биологических процессов во времени с учетом как повторяющихся, так и неповторяющихся процессов.

          Природе свойственны колебательные, или циклические процессы. Их изучает раздел экологии, называемый биоритмологией. Бывают ритмы суточные, или циркадные, годовые, многолетние. Подчас циклические процессы, вызванные космическими и глобальными факторами, больше влияют на природу, чем человек. Принципы научной методологии утверждают: их понимание требует охвата периода большего, чем один цикл повторяющегося процесса.

          Нигде единство природы и универсальность ее законов не проявляются так ярко, как в колебательных, или волновых процессах. Они затрагивают самые разные стороны жизнедеятельности живых систем всех уровней организации и подчас имеют сходное математическое описание. Суточные ритмы, в основном, определяются скоростью вращения Земли, что зрительно воспринимается, как движение Солнца по небосводу. Годовые ритмы определяются фотопериодом, т.е. регулярно, из года в год повторяющимся изменением длины светового дня. Как показал великий русский ученый Александр Леонидович Чижевский — основатель такого важного раздела экологии как гелиобиология — солнечная активность из года в год меняется, и это серьезно влияет на все живые организмы на Земле. Вспышки размножения многих насекомых, микроорганизмов, растений, точно совпадают со вспышками солнечной активности. Влияют эти вспышки и на социальные процессы. Войны и революции обычно приходятся на периоды повышенной солнечной активности. Как показал другой великий русский ученый — Николай Дмитриевич Кондратьев, циклические процессы в равной степени свойственны неживой, живой и социальной природе.

          Циклические процессы могут вызываться системными взаимоотношениями между хищниками и их жертвами, паразитами и их хозяевами и т.д. Графически динамика размножения организмов в таких колебательных системах описывается синусоидой, хотя в ряде случаев она бывает не совсем правильной.

          2. Фенология

          Современное народное хозяйство не может функционировать без постоянного экологического мониторинга и регулярного составления обоснованных экологических прогнозов для нужд рационального природопользования и профилактической медицины. Традиционные методы мониторинга предусматривают измерения многих показателей состояния окружающей среды, использование авиационной, космической и другой сложной техники. Вместе с тем уровень современных научных разработок в области экологии таков, что позволяет получать значимые данные о состоянии окружающей среды относительно несложными и дешевыми методами. Среди них важное место занимают фенологические наблюдения.

          Термин «фенология» произошёл от греческих слов «файно» — явление и «логос» — наука. Во-первых, фенология — это совокупность знаний о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки. Во-вторых, фенология — раздел популяционной экологии, рассматривающий сезонные аспекты жизни вида (различают, например, фенологии берёзы, волка, двуточечной божьей коровки т.д.). В третьих, это раздел фенетики, изучающий периодичность появления фенов — т.е. дискретных единиц фенотипа.

          Фенология имеет два корня. Первый — это народные приметы и наблюдения, вобравшие в себя многовековый опыт общения с природой. Второй — современная экологическая наука. Фиксация времени наступления тех или иных в живой и неживой природе позволяет оценивать состояние природной среды и делать научно обоснованные прогнозы. Фенологические наблюдения могут осуществляться людьми, не имеющими специального научного образования, в том числе школьниками.

          Совокупность данных фенологических наблюдений дает возможность:
          1. Предсказать основные климатические показатели (температура, осадки) на ближайшие месяцы.
          2. Предсказать непериодические явления в природе, такие как наводнения, землетрясения т.д.
          3. Составить прогноз в отношении динамики численности популяций диких животных и растений.
          4. Оценить уровень антропогенной нагрузки на природные экологические системы.

          При этом точность прогнозов и оценок может быть не ниже, чем в случае использования традиционных методов мониторинга.

          3. Понятие хроноизменчивости

          Хронобиология, добившись больших успехов в деле изучения организации биологических процессов во времени, сохранила ряд белых пятен. Одно из них — анализ хроноизменчивости, т.е. изменчивости временных параметров развития биосистем. Иначе говоря, хроноизменчивость — изменчивости длительности протекания биологических процессов. Речь идет о процессах физиологических, онтогенетических и филогенетических. Изменчивости подвержены все временные характеристики организмов. Физиологические параметры (например, время необходимое для переваривания определенного количества пищи, для формирования яйца и т.д.), онтогенетические (скорость взросления, полового созревания, старения), филогенетические (скорость адаптации популяции к новым пестицидам) проходят в течение определенного времени, но это время подвержено вариации, или изменчивости.

          Введение и использование понятия “хроноизменчивость” требует указания подходов к созданию системы классификации форм хроноизменчивости. Всякую биологическую изменчивость, как категорию, принято делить на наследственную, ненаследственную, количественную и качественную. Взяв за основу такую классификационную систему, выделим четыре основные формы хроноизменчивости:

          1. Наследственная количественная. Отражает естественные колебания сроков развития в популяции, находящейся в стабильной, благоприятной среде. Подчинена распределению Гаусса (рис. 6) и соответствует стандартным показателям изменчивости в стабильной популяции. Коэффициент вариации составляет 10% от количественного показателя в единицах времени срока онтогенетического или физиологического процесса. Пример — распределение группы людей по скорости полового созревания.

          2. Наследственная качественная. Находит выражение в наличии у популяции (и в виде в целом) нескольких морф, качественно различающихся по срокам протекания того или иного биологического процесса. Пример — распределение диких популяций раков на две морфы — быстро растущих и медленно (так называемые “тугорослики”).

          3. Ненаследственная количественная. Отражает повышение степени хроноизменчивости в неблагоприятных условиях, когда среднее значение в популяции остается неизменным, а показатели вариации: ошибка, среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации — возрастают. Например, в экстремальных условиях — скажем на передовой при боевых действиях — сразу выявляется прежде скрытая изменчивость по умению адаптироваться к таким условиям и соответственно появляется исключительное разнообразие по срокам дальнейшей жизни для солдата.

          4. Ненаследственная качественная. Отражает появление под действием внешних воздействий в популяции, без ее генетической перестройки, принципиально новых хрономорф. Например, распределение популяции при перенесении ее в новые условия на особей, быстро достигающих половозрелости и медленно.

          Большинству природных популяций свойственен стандартный уровень коэффициента вариации по любому признаку, в том числе связанному со сроками протекания процессов в пределах 4 — 7 %. Сие значение стабильно как для самцов, так и самок, а так же для партеногенетических популяций, состоящих из девственных самок. В неблагоприятных условиях коэффициент вариации может возрасти сначала у самцов, потом у самок в 1.5 — 3 раза.

          Для иллюстрации приводим показатели изменчивости по срокам продолжительности разных стадий жизненного цикла в норме и в стрессовых условиях у насекомых — таблица 7. Сравните с показателями изменчивости по морфологическим признакам — таблицы 4 — 6 — и вы убедитесь, что в количественном отношении изменчивости как по морфологическим, так и хронобиологическим показателям, описывается близкими значениями.

Пример изображения


          4. Физический подход к пониманию сущности времени

          Время обычно рассматривается как философская категория, отражающая последовательность событий. По мнению многих современных ученых такая трактовка понятия времени недостаточна. Рассмотрим одну из физических концепций времени, еще не доработанную, но получившую в наши году определенно научное признание.

          Выдающийся ленинградский ученый Николай Александрович Козырев (1908 – 1983) посвятил свою жизнь изучению феномена времени и попытке систематизировать знания об этом феномене как физической субстанции. Суть его идей сводится к следующему. Традиционная физика признает существование нескольких полей. Это поля (или одно поле) микромира, т.е. ядерных взаимодействий. Это – два поля макромира – электромагнитное и гравитационное. Козырев в своих теоретических выкладках и экспериментах нащупал третье поле – поле времени. Через него может мгновенно и точно передаваться информация в пространстве. Может передаваться информация и во времени – из прошлого или будущего, однако, в размытом виде. Чем менее энергетически значимым является событие, чем дальше оно отдалено во времени, тем менее точной становится передаваемая информация. Козырев не был биологом. Однако, обладая широтой мышления истинного ученого, он понял значение биологической науки в изучении и осмысления феномена времени. В одной из своих последних работ он писал "...свойства времени должны иметь особенное значение в биологических процессах... Его течение и свойства связывают весь мир в единое целое и могут осуществлять воздействие друг на друга явлений, между которыми нет прямых материальных связей, что может объяснить факты взаимодействия биологических объектов, находящихся на удалении и изолированных друг от друга."

          Сейчас накоплено много информации о том, что животные (а иногда и люди) могут предсказывать стихийный бедствия и заблаговременно уходить в безопасную зону. Возможно, объяснение этих не до конца понятных способностей лежит в плоскости понимания физических свойств времени.

          Вопросы для самопроверки

          1. Какие Вы знаете циклические процессы в живой природе?
          2. Что такое фенология?
          3. Что такое хроноизменчивость?
          4. В чем суть идей Н.А.Козырева?

          Вопрос для обдумывания

          1. Чем обусловлена изменчивость среди людей по срокам роста, взросления, полового созревания и старения?


В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить