Глава 7. Методы изучения экосистем

Непреднамеренные «эксперименты», которые явилисьследствием естественных процессов или деятельности человека, вносят немалый вклад в познание природы. Например, образование или исчезновение островов, заселение лавовых полей, потепле­ние и похолодание, изменение русел рек - «эксперименты»,поставленные самой природой. Непреднамеренные антропогенные «эксперименты» - это вся история развития цивилизации.

Значение натурного эксперимента в экологии чрезвычайно велико. Однако экологический эксперимент наиболее эффекти­вен в сочетании с третьим важным методом - моделированием, который заслуживает специального рассмотрения.

7.2. Моделирование Под моделированием понимается изу­чение экологических процессов с по­мощью лабораторных, натурных или математических моделей. Модели биосистем столь многочисленны, что классификация их почти невозможна.

Модель - это имитация того или иного явления реаль­ного мира, позволяющая делать прогнозы.

В простейшей форме модель может быть вербальной (словес­ной) или графической, т. е. неформализованной. Если необхо­димы достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть формализованной, строго математической. Моде­ли, созданные на ЭВМ, позволяют получать на выходе искомые характеристики при изменении, добавлении или исключении каких-либо параметров модели, т. е. возможна «настройка» математи­ческой модели, позволяющая усовершенствовать ее, приближая к реальному явлению.

На протяжении XIXи первой половиныXXвеков применениематематики для отслеживания природных явлений было уделом талантливых одиночек. Сейчас использование математическихметодов не только для обработки экспериментов, но и для описания работы биосистем становится массовым.

238

Глава 7. Методы изучения экосистем

Толчок развитию моделирования, как в биологии вообще, так и в экологии в частности, дала кибернетика. Но относиться к математическому описанию работы биосистем нужно с осторож­ностью, и прежде всего необходимо доказать адекватность ис­пользуемого математического аппарата объекту и целям иссле­дования.

Создание методологии и технологии моделирования биосистем, а тем более самых сложных из них - экосистем, - дело будущего.Можно лишь наметить некоторые этапы в развитии технологии моделирования: 1) переход от эксперимента к адекватной матема­тической модели; 2) построение математических моделей с различ­ной глубиной содержания; 3) переход от одних моделей к другим;4) систематизация математических моделей биосистем различных иерархических уровней. Но, несмотря на необходимость крити­ческого взгляда на математическое моделирование явлений приро­ды, назад, к чисто описательной экологии, дороги нет.

Стратегия моделирования заключается в попытке путем упро­щения получить модель, свойства и поведение которой можно легко изучать. В то же время модель должна иметь достаточное сходство с оригиналом. Переход от модели к оригиналу называется интер­претацией модели. Обычно оригинал представляет собой много­компонентную систему, где взаимодействия между популяциямистоль сложны, что не поддаются достаточно удовлетворительному анализу. В то же время законы функционирования некотороймодели могут быть найдены тем или иным путем. Учитывая это, исследование системы можно заменить исследованием модели, а затем интерпретировать результаты применительно к оригиналу.

В. Д. Федоров и Т. Г. Гильманов (1980) предлагают следующую классификацию моделей, используемых в экологии (рис. 7.3).

Наиболее сложная проблема при работе с реальными лабораторными моделями - установление адекватности модели оригиналу, а следовательно, обоснование возможности применения результатов моделирования к изучаемой природной системе. В отличие от аэро- или гидродинамики, где разработаны количе-

239