Биологи изучили «парадокс хаоса» в воде

Российские ученые впервые обнаружили признаки хаотических явлений в водной экосистеме в эксперименте со строго контролируемыми стабильными условиями. Оказалось, что к хаосу приводят постоянные факторы среды, такие как стабильные температура или освещение. Биологи назвали это явление «парадоксом хаоса» в своей работе на страницах Scientific Reports.

Хаотические эффекты распространены в природе очень широко, от динамики молекул до колебаний численности популяций, но встречаются и в социальных системах. В биологических системах хорошей моделью для экспериментального исследования стали водные экосистемы. Сотрудники Зоологического института РАН и Института цитологии РАН совместно с коллегами из Университета Ростока (Германия) изучили такие эффекты на пассивно плавающих микроскопических обитателях прибрежных вод Балтийского моря.

«Сообщества планктона состоят из многочисленных мелких (размером менее 2 миллиметров) живых существ, парящих внутри водной толщи. У них быстрый обмен веществ, они эффективно адаптируются к любым изменениям в среде и быстро эволюционируют», — рассказывает Ирина Телеш, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Зоологического института РАН. Но даже в этом случае раскрытие внутренних механизмов, которые управляют сложной динамикой планктона в природе, требует продолжительных исследований. Эксперименты с хаотическим поведением в экосистемах трудоемки и редки, и до сих пор ученые ограничивались примитивными лабораторными моделями, где представлены лишь несколько видов.

«Мы впервые исследовали взаимосвязь внешних регуляторов и внутренних механизмов, определяющих динамику сложного планктонного сообщества в условиях строго контролируемого постоянства таких факторов, как температура, освещение и тому подобного. Работы проводили в четырех экспериментальных экосистемах на протяжении одного года, — говорит Сергей Скарлато, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института цитологии РАН (Санкт-Петербург), руководитель лаборатории. — В эксперименте мы оценивали разнообразие, количество основных компонентов планктона и их взаимодействие. К ним относятся одноклеточные, многоклеточные и колониальные организмы разных пищевых уровней: производители первичного вещества, хищники и ”разрушители”».

Полученные данные ученые обрабатывали при помощи математической статистики, программирования и расчета характеристик динамических систем с использованием интегральных показателей. Оказалось, что на всех уровнях хаос возникал, пусть и необязательно, но с некоторой вероятностью. Обнаруженное явление биологи назвали «парадоксом хаоса»: взаимодействия организмов при постоянстве температуры, освещения и других факторов вопреки ожиданиям вносили элемент случайности и могли изменить динамику всей системы. К удивлению ученых, хаос чаще всего возникал в самых стабильных условиях.

Непредсказуемость хаотического поведения затрудняет прогнозирование развития глобальных систем на всех уровнях и требует уточнения методов экологического моделирования. Принципы работы хаотических процессов в стабильных системах помогут понять, как лучше предотвращать вредные последствия антропогенной нагрузки на экосистемы прибрежных вод по всему миру.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.