CC BY
46
В.Д. Федоров
Изменения в природных биологических системах /
Под ред. и с коммент. проф. В.Н. Максимова. М.: Изд-во «РАГС», 2004. 368 с.
К своему 70-летию заведующий кафедрой гидробиологии МГУ, профессор Вадим Дмитриевич Федоров сделал себе, а также всем гидробиологам и экологам подарок -собрал под одной обложкой свои «сольные» научные работы (почти за 50-летний период) и придал им монографический характер. Редактором и комментатором некоторых из этих работ выступил его коллега, сейчас заведующий кафедрой общей экологии МГУ, профессор В.Н. Максимов. Сразу замечу, что эти не большие по объему комментарии представляют самостоятельный интерес и демонстрируют те изменения, «которые произошли за последние 20 лет в наших взглядах на механизмы функционирования экосистем и связь их состояния с внешними воздействиями» (с. 7). Также нельзя удержаться и не процитировать первый абзац «Предисловия редактора»:
«Обычно сборник статей известного (тем более выдающегося) ученого под названием «Избранные работы», «Избранные сочинения» и т.п. - издают благодарные ученики после кончины (конечно, «безвременной») их автора. Тем самым автор не только лишается удовольствия еще раз увидеть свои творения напечатанными, но и теряет возможность убедиться в искренности своих ближайших сотрудников, демонстрирующих при его жизни свою преданность и уважение. Тем, кто знаком с В.Д. Федоровым, хорошо известно, что он редко упускает какие-либо возможности и еще реже отказывает себе в разнообразных удовольствиях. Издание данного сборника - наглядное тому свидетельство. Впрочем, «пусть устыдится тот, кто дурно об этом подумает»: сидя на собственном чествовании, разве не задумывается любой юбиляр над тем, что приветствия,
даже самые задушевные, представляют собой, быть может, «заготовки» надгробных речей...»
Все работы В.Д. Федорова расположены в хронологическом порядке и, в известной степени, демонстрируют «сукцессию» его научных интересов. Первые семь работ (публикации из журналов «Доклады АН СССР», «Микробиология», «Бюллетень МОИП» и сборников, изданных в МГУ) представляют Федорова-микробиолога и биохимика, который одним из первых обнаружил полифосфаты у представителей трех различных семейств фотосинтезирующих бактерий. В этой серии статей, как мне представляется, наибольший теоретический интерес сохранила работа «Биохимическая эволюция с позиций микробиолога» (1966 г.). Автор рассматривает биохимическое развитие с точки зрения «принципа конвергенции», который определяет условия и направление совершенствования биохимических механизмов жизни. При этом подразумевается, что в первичных организмах появляются как системы, вовлекаемые в биосинтез, так и системы, вовлеченные в энергетический распад субстрата, что и определяет общий тренд биохимического развития (фото- и хемоавтотрофы).
Второй «блок работ» (из журналов «Доклады АН СССР», «Вестник МГУ», «Ботанический журнал», «Биологические науки», «Гидробиологический журнал») можно определить как исследования по структуре и функциям фитопланктонных сообществ. И здесь следует отметить статьи, в которых автор с использованием традиционных и оригинальных (эмпирических и строго аналитических) количественных методов исследовал связь между видовым составом фитопланктона и его продуктивностью, одним из первых из
отечественных экологов (еще в 1970 г.) успешно использовал представления об экологических нишах и выравненности распределений в моделях Р. Мак-Артура, провел сравнение ряда индексов биологического разнообразия фитопланктона и оценил влияние на них различных экологических факторов (в первую очередь, условий минерального питания). Здесь отмечу работу «Об экологических нишах, локусах биотопа и эволюционном разнообразии видов» (1972 г.), в которой рассмотрены особенности экологических ниш микроорганизмов при различных соотношениях скорости изменения среды обитания и скорости изменения структуры экологических ниш (измеряемое разнообразием видов). С сожалением могу констатировать, что эта работа в свое время «прошла мимо» моего внимания и при создании вероятностной модели наступления катаклизмов и достижения различных типов климакса по Р. Уиттекеру мы с моим соавтором П.М. Брусиловским, в какой-то степени, «изобрели велосипед» (правда, вероятностный), когда описали соотношение скорости изменения условий среды и скорости генерации доминантов [1-4]. Естественно, предлагаемый В.Д. Федоровым механизм обеспечения равновесия организма с окружающей средой дедуктивно-анали-тичен и, как отмечает сам автор (с. 143), «возможно, интерпретация затронутых в данной работе вопросов может показаться мало убедительной и чересчур субъективной. Тогда совпадение предсказываемого эволюционного разнообразия видов с наблюдаемым в действительности можно объяснить случайностью. Однако более приятно думать, что оно оказывается следствием различной соразмерности в изменении живой и неживой компонент при развитии биосферы Земли».
Еще две статьи, о которых хочется сказать особо, - это «Проблема сложного в биологии и особенности ее решения» (Вест. МГУ. Сер. биол. 1972 г.) и «Устойчивость экологических систем и ее измерение» (Изв. АН СССР, сер. биол., 1974 г.). Эти работы мне интересны еще и потому, что я хорошо с ними знаком и сам неоднократно высказывался как по первой теме [4-6], так и по второй [7-8].
Сегодня ни у кого уже не вызывает сомнений тот факт, что экологические системы относятся к объектам сложной природы. Именно этим и объясняются различия в методологиях изучения физических и биологических систем: физика направлена на изучение (пусть даже очень сложными методами) простых явлений, в то время как биология пытается сравнительно простыми методами исследовать сложнейшие объекты материального мира. При этом в отличие от «приоритета» аддитивных энергетических взаимодействий в физике, в биологии на первый план выступают структурно-функциональные особенности организации биосистем, что и привело к неудаче «неадаптированного» физического подхода при построении «всего здания» теоретической биологии -«... физиков в биологии интересует то, что менее всего интересует в ней биологов» [9, с. 100]. Таким образом, для теоретической физики системность объектов - это нечто случайное, без чего она может благополучно обойтись, в то время как для теоретической биологии, по-видимому, это единственный путь становления и развития: «Сложность -есть главная особенность живых систем» (Федоров, с. 144).
Представления системного подхода во многом заимствованы из кибернетики, теории систем и некоторых разделов термодинамики. Экологический мир при этом видится состоящим из отдельных - дискретных и целостных - экосистем, которые, в свою очередь, образованы несколькими структурно-функциональными блоками. Так же как и при содержательном (физическом) подходе, экосистемы сами по себе стабильны или стационарны. В этом состоянии для них характерны некоторые постоянные соотношения между блоками, выражаемые, например, в виде пирамид энергии или биомассы. Здесь (с. 151) В.Д. Федоров строго аналитически предлагает вместо традиционного для гидробиологии Р/В-коэффициента характеризовать продуктивность В*Р*-коэффициентом, где Р* - одномоментно измеряемая продукция. Думается, что сравнительный анализ этих показателей, оценка их преимуществ и недо-
статков - еще впереди.
Устойчивость (вместе со сложностью и целостностью) представляет собой одну из важнейших характеристик любой сложной системы. В.Д. Федоров совершенно справедливо пытается провести идею «связи допустимой меры отклонений заданных свойств системы с мерой гомеостаза» (с. 175) и подходит «к более целостному толкованию устойчивости (хотя и менее конструктивному) как поддержанию во времени инвариантных свойств благодаря комбинированному, упорядоченному кооперированию непрерывно изменяющихся отдельных переменных системы» (с. 178). А вот при оценке этих мер представляется более целесообразным и конструктивным использовать различные представления об «устойчивости» [7]: надежность, устойчивость по Ляпунову (сохранение видового состава), устойчивость по Лаг-ранжу (стабильность), устойчивость по Хол-лингу (упругость), устойчивость по Флейш-ману (живучесть), иерархическая устойчивость по Свирежеву и пр.
Следующая группа статей (порядка десяти, 1974-1983 гг.) посвящена теоретическим и практическим аспектам мониторинговых исследований. И здесь необходимо подчеркнуть, что В.Д. Федоров стал практически одним из пионеров развития такого рода представлений (сам термин «мониторинг», кажется, появился лишь в 1971 г. в рекомендациях специальной комиссии SCOPE при UNESCO [10]; у нас в стране стали активно «эксплуатировать» этот термин И.П. Герасимов [11] и, особенно, Ю.А. Израэль [12 и др.]). Актуальность и приоритет этих работ подчеркивает в своем комментарии и В.Н. Максимов (с. 199), отмечая, что «еще в 1973 г. американцы (Эдвард Голдберг и Говрд Одум. - Г.Р.), приехавшие в Москву для налаживания научных контактов, ...высказывались весьма скептически о самой идее биологического мониторинга». Особую ценность этим работам придает и тот факт, что они посвящены биологическому мониторингу, в то время как большая часть исследований была, да и сегодня остается, направленной на абиотический мониторинг. И здесь с особой остротой
вновь встает вопрос о соотношении «нормы» и «патологии» по отношению к биологическим объектам (подробнее см. [13]). Кто может решиться и дать, хотя бы несложное, определение «нормального состояния экосистемы» или «диапазона естественных изменений»? Кажется, именно поэтому к настоящему времени известны лишь некоторые попытки обоснования «экологических ПДК» [14] или «экологически допустимых уровней воздействия на экосистемы» [15].
Завершает монографию статья из журнала «Биологические науки» за 1987 г. - «Актуальное и неактуальное в гидробиологии». В.Д. Федоров совершенно справедливо считает, что «иногда кажется, что актуальность в науке можно свести к задачам практики. Но это вовсе не так. Практические задачи могут выступать побудительной причиной стратегии научной активности отдельных коллективов (особенно в кризисных ситуациях), но первопричиной актуальности научного поиска они быть не могут» (с. 340). Прошло всего (!) 20 лет, а актуальность этого высказывания в свете «стратегии инновационности» современной фундаментальной науки в нашей стране возросла многократно. «Только на достаточно высоком уровне познания наука способна стать производительной силой общества, открывая возможность перехода от знания фундаментальных основ к решению проблем, диктуемых задачами практики» (с. 340341). Эти бы слова, да в уста руководителей «от науки»!..
Правда, из списка «потерявших славу» гидробиологических направлений (с. 344), можно вернуть на «передовые рубежи» теоретические аспекты динамических взаимодействий потоков вещества, энергии и информации, обеспечивающих стабильность функционирования водных экосистем как целостных образований [16] (продукционный подход на новом витке «диалектического штопора») и, хочется верить, моделирование процессов «цветения» водоемов [17], где еще не сказано «последнее слово». Что касается актуальных, по Федорову направлений (использование представлений о консорци-ях с целью «схлопывания» пространства ви-
дов-признаков сообщества и «более мягкого» соотнесения совместно обитающих организмов или представлений о метаболических возможностях осмотрофных организмов, позволяющих редуцировать сезонный продукционный процесс), то здесь следует констатировать их, в известной степени, «устаревание». Сегодня появился ряд очень интересных и новых подходов, которые, как представляется, могут открыть перед гидробиологией новые перспективы (назову лишь модели пространственно-временных масштабов в экологических иерархиях различной природы [18] или применении мультифрактально-го анализа при описании видовой структуры гидробиоценозов [19]).
«В биологической науке можно выделить две главные категории гипотез и теоретических построений. В первой - фактические данные объясняются на основе известных физических и химических законов (активность ферментов - законами катализа, метаболические реакции - законами термодинамики необратимых процессов и химической кинетики и т.д.). Во второй - интерпретация данных является биологической и поэтому опирается на принципы адаптации, развития и эволюции» [20, с. 48]. Пожалуй, это и является тем методологическим «стержнем», который «скрепляет» структуру этой работы в единую монографию.
Завершить рецензию на эту очень интересную подборку статей крупного отечественного не только гидробиолога и эколога, но поэта, писателя (а В.Д. Федоров - член Союзов писателей и СССР, и России, автор гимна Московского университета) и просто неординарного человека я хочу несколькими четверостишиями цикла «О себе» из его последнего поэтического сборника [21]: от «самоуничижения» к «самовозвеличиванию» с «акцентом» на последнем, «усредненным»
поэтическим образом.
*
Я люблю бесконечный ряд
Убывающих величин -
Впереди генералы стоят,
А в конце - рядовой Вадим.
*
Не знаю, долго ли еще я проживу,
Не знаю. Буду ли Судьбой доволен:
Пока во мне живут - поэт, ученый, воин -
Я не склоню ни перед кем главу.
*
Одни кричали: «Личность!»
Другие, что «Лопух».
Но мне известно лично,
Что я тяну на двух.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брусиловский П.М., Розенберг Г. С. Вероятностная модель достижения растительностью устойчивого состояния // III Все-союз. конф. по биологической и медицинской кибернетике: Тез. докл. М.; Сухуми: Наука, 1978. Т. 3.
2. Брусиловский П.М., Розенберг Г. С. Вероятностные модели предотвращения катаклизмов: Препринт Института биологии БФАН СССР Уфа: БФАН СССР, 1979.
3. Розенберг Г.С. Вероятностный подход к изучению временной структуры растительного покрова // Журн. общ. биол. 1980. Т. 41, № 3.
4. Розенберг Г.С. Модели в фитоценологии. М.: Наука, 1984.
5. Миркин Б.М., Розенберг Г.С. Системный подход к фитоценологии // Журн. общ. биол. 1978. Т. 39, № 2.
6. Розенберг Г.С. О системной экологии // Журн. общ. биол. 1988. Т. 49, № 5.
7. Розенберг Г.С. Устойчивость экосистем и ее математическое описание // Экологические проблемы гомеостаза в биогеоценозе. Уфа: БФАН СССР, 1986.
8. Краснощеков Г.П., Розенберг Г.С. Принципы усложнения механизмов устойчивости экологических систем // Проблемы устойчивости биологических систем. М.: Наука, 1992.
9. Межжерин В. А. Этюды по теории биологических систем // Системные исследования. Ежегодник 1974. М.: Наука, 1974.
10.MannR.E. Global Environmental Monitoring System (GEMS). Action Plan for Phase 1. SCOPE, rep. 3. Toronto, 1973.
11. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды // Изв. АН СССР, сер. геогр. 1975. № 3.
12.Израэлъ Ю.А. Об оценке состояния биосферы и обосновании мониторинга // Докл. АН СССР. 1976. Т. 226, № 4.
13.Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения: В 2 кн. М.: Наука, 2005.
14. Лукъяненко В.И. Экология водоемов. Охрана и рациональное использование рыбных запасов бассейна Волги. Концепции, цели, задачи. Н. Новгород: ННГУ, 1992.
15.Левич А.П., Терехин А.Т. Метод расчета экологически допустимых уровней воздействия на пресноводные экосистемы
(метод ЭДУ) // Водн. ресурсы. 1997. Т. 24, № 3.
16.АлимовА.Ф. Элементы теории функционирования экосистем. СПб.: ЗИН РАН, 2000.
17.Крестин C.B., Розенберг Г.С. Об одном механизме «цветения воды» в водохранилище равнинного типа // Биофизика. 1996. Т. 41, вып. 3.
18. Азовский А.И. Соотношение пространственно-временных диапазонов в экологических иерархиях различной природы // Журн. общ. биол. 2001. Т. 62, № 6.
19.Иудин Д.И., Гелашвили Д.Б., Розенберг Г.С. Мультифракгальный анализ видовой структуры биотических сообществ // Докл. АН. 2003. Т. 389, № 2.
20. Федоров В.Д. Упорядоченный беспорядок (опыт доморощенной философии). М.: Спорт и культура, 2004.
21. Федоров В.Д. Четверостишия (от 2 до 6). М. : Памятники исторической мысли, 2005.
© Г.С. Розенберг
Институт экологии Волжского бассейна РАН
