Теоретичні основи оптимізації інтродукційного процесу

Поняття “оптимізація” застосовується виключно до процесів, які підлягають керуванню, тому його можна використовувати в інтродукції рослин. Оптимізація інтродукційного процесу пов'язана з підвищенням його ефективності за рядом показників. До найбільш важливих з них ми відносимо ті, що характеризують стійкість інтродуцентів та їх корисні властивості (декоративність, продуктивність, вихід біологічно активних речовин). Результати оптимізації виявляються у наближенні цих показників до максимально високих значень, що досягається шляхом керування інтродукційним процесом (підбір поєднання факторів середовища). Теорія оптимальності розглядається як важлива наукова концепція в інтродукції рослин.

На теорії оптимальності базуються три важливих загальнобіологічних положення, які пояснюють функціонування живих організмів: принципи економії енергії, максимума ентропії та максимума інформації. Найважливішим з них є принцип максимума інформації, а всі численні невдалі спроби використання інформаційної концепції пояснюються ігноруванням її основи - принципа оптимальності. З позицій принципа максимума інформації можливо розрахувати ступінь пристосування організмів до зовнішнього середовища. Адаптація з точки зору теорії інформації являє собою перехід досліджуваної системи в інформаційно максимальний стан, а стрес - це реакція рослин, результатом якої в умовах впливу чужорідної (зовнішньої) інформації система зберігає цілісність. Цим пояснюється можливість виживання інтродуцентів в умовах безперервної дії нових (часто екстремальних) екологічних факторів.

Об'єднуючи викладені принципи функціонування живих організмів з урахуванням пріоритетності їх положень, ми сформулювали інформаційно-енергетичну теорію інтродукції рослин.

Інтродукція рослин - це процес відбору, перенесення і введення в культуру нової інформації за принципом її максималізації, що супроводжується мінімалізацією енергетичних витрат.

З позицій цієї теорії можливо стверджувати, що інтродуцент в нових для нього умовах зазнає інформаційної дії середовища і закономірно змінює свою організацію в напрямку енергетичної мінімалізації та максимальної впорядкованості відносно діючої інформації. Інакше кажучи, адаптація інтродуцентів являє собою їх перехід в інформаційно максимальні та енергетично мінімальні стани.

У наведених формулюваннях розглядаються два види інформації: генетична та екологічна (отримані з середовища інформаційні сигнали). Генетична інформація, яка передається з покоління в покоління (вертикальна інформаційна система), реалізується в онтогенезі під дією інформаційних сигналів, обумовлених зовнішніми факторами (горизонтальна інформаційна система).

Інформаційна концепція інтродукції рослин (Логгінов, 1983; 1988) базується тільки на вертикальній інформаційній системі та цікава програмою синтезу штучних інформаційних масивів (інтродукційних популяцій) з дискретних одиниць спадкової інформації. В даному випадку має місце недооцінка взаємодії внутрішнього (генетична інформація) і зовнішнього (екологічна інформація) інформаційних потоків. Крім того, інформаційна концепція позбавлена поняття “міра інформації”, що заважає її практичній реалізації.

Енергетична складова інформаційно-енергетичної теорії розглядається нами як кількісний інформаційний критерій чи міра інформації. Кількісний показник цінності інформації ми розуміємо як імовірність досягнення цільової функції організмів за рахунок отриманої інформації. Основна цільова функція інтродукованих рослин проявляється у збереженні їх стійкості (надійності функціонування рослин на різних рівнях організації). Міра стійкості визначається силою та тривалістю дії інформаційних (екологічних) факторів, а її кількісна оцінка проявляється у показнику енергетичного обміну (показник калорійності), який адекватно реагує на мінливість зовнішніх умов. Мінімум цього показника відповідає еколого-ценотичному оптимуму виду.

В пункті 5.1. Механізм взаємодії в системі “організм - середовище” з позиції інформаційно-енергетичної теорії інтродукції рослин. Всі численні зв'язки в системі “організм - середовище” є відображенням триєдиної Матеріально-Енергетично-Інформаційної реальності. Остання складова в інтродукції рослин розглядається поверхово. Перехід від бінарної (матеріально-енергетичної) наукової концепції до тринітарної (матеріально-енергетично-інформаційної) є необхідною умовою розвитку інтродукції рослин. Заснована на принципах оптимальності, тринітарна методологія може пояснювати факти, які не отримали належного обґрунтування в рамках існуючих уявлень.

З позицій інформаційно-енергетичної теорії пропонується класифікація інформаційних сигналів (біотичних та абіотичних факторів середовища). Первинні фактори середовища (сигнали першого роду) мають безпосередню, пряму дію на рослини (сонячна енергія, фотоперіодизм). Вони характеризуються електромагнітною природою, наявністю коливальних процесів та виконують синхронізуючу функцію. Вторинні фактори середовища (сигнали другого роду) являються посередніми (непрямими) і діють за допомогою первинних факторів, які мають унікальну особливість прийому інформації завдяки своїм властивостям.

Стисло розглядається механізм передачі екологічної інформації, що необхідно для поглиблення уявлень про основні поняття інтродукції рослин. Наведені існуючі гіпотези та теорії, які підтверджують викладені погляди щодо сприймання, поглинання та перетворення екологічних факторів.

В пункті 5.2. Значення інформаційно-енергетичної теорії і основні перспективи її використання в інтродукції рослин. Аналіз особливостей розвитку інтродукції рослин у системі біологічних наук дозволяє зробити висновок щодо необхідності зміни наукової концепції досліджень. Запропонований підхід до вивчення інтродукційного процесу базується на системних уявленнях, а її методичною основою є ідея оптимізації функціонування організмів. Цим вимогам задовольняє інформаційно-енергетична теорія інтродукції рослин. З її позицій розглянуто основні поняття інтродукції рослин (стрес, адаптація, гомеостаз, стійкість, відбір). Переглянуто традиційні тлумачення розпливчастих та суперечливих визначень важливих проявів життєдіяльності. Стисло розглядаються екотонний ефект, механізми забезпечення та критерії оцінки стійкості рослин на різних рівнях їх організації, можливості моделювання культурфітоценозів та керування основними параметрами штучних систем.

ВИСНОВКИ

1. На підставі вивчення особливостей становлення і розвитку інтродукції рослин в системі біологічних наук встановлено, що не всі відомі факти та закономірності переселення рослин знаходять своє пояснення в рамках існуючих теорій. Історичний аналіз послідовних і закономірних змін основних положень інтродукції рослин визначає необхідність розробки нових методичних принципів вивчення самоорганізуючої системи “організм - середовище”. Їх доцільно формувати на системних уявленнях та теорії оптимізації досліджень в межах матеріально-енергетично-інформаційної (тринітарної) наукової концепції.

2. Аналіз основних понять інтродукції рослин показав, що більшість з них трактується неоднозначно, а головна вимога до тезаурусу - чіткість формулювання термінів - не виконується. На підставі аналізу різноманітних поглядів на основні поняття інтродукції рослин пропонуються їх уточнення та доповнення.

3. На підставі порівняльного аналізу існуючих способів інтродукційного прогнозування розроблена їх класифікація, відповідно до якої виділено групи методів визначення адаптаційної здатності рослин: екстраполяція, інтерполяція, моделювання, експертні оцінки. Запропонована класифікація способів прогнозування не включає найпоширенішу в інтродукції рослин групу методів, які отримали назву випадковий пошук. До цієї категорії належить метод “проб та помилок”, який розглядається як приклад недосконалої організації інтродукційного процесу.

4. Розроблено алгоритм побудови бази даних з методів інтродукційного прогнозування, користуючись якою можна упорядкувати великий масив інформації щодо способів прогнозування та зробити вибір оптимального з них, виходячи з об'єктів дослідження та умов проведення інтродукційного експерименту.

5. Запропоновано нові методи кількісного визначення адаптаційної здатності рослин. Перший з них базується на залежності результатів інтродукції від амплітуди пластичності рослин (визначається за 22 еколого-ценотичними ознаками), а методичною основою її вимірювання є модифікований біометричний аналіз Є.С. Смирнова. Другий - базується на пошуку близьких між собою за видовим складом регіонів, між якими існує перспектива обміну інтродукційними матеріалами, а його методичною основою є використання як традиційних коефіцієнтів схожості, так і показника включення елементів однієї флори в іншу.

6. Обґрунтована доцільність виділення у межах родового комплексу крупних інтродукційних одиниць, які характеризуються певними пристосувальними особливостями і називаються “біоморфологічними типами”. В зв'язку з цим проаналізовано переваги та недоліки існуючих методів класифікації рослин за комплексом ознак та на підставі аналізу суттєвих (переважно морфологічних) ознак видів родового комплексу Allium виділено 7 біоморфотипів. Види кожного з них виявляють тільки їм властиві адаптивні особливості, які не характерні для видів інших біоморфотипів.

7. Аналіз способів оцінки наслідків інтродукційного експерименту показав, що в інтродукції рослин не отримала розвитку теорія стійкості організмів, а існуючі погляди на стійкість обмежені відсутністю системних уявлень про функціонування живих організмів. З позицій загальної теорії систем досліджені типи взаємовідносин в системі “організм - середовище”, межі інтродукційних зон (зону песимума визнано сприятливою для розвитку рослин в умовах культури), критичні етапи в розвитку інтродуцентів та розроблено поетапну програму дослідження стійкості інтродукованих рослин.

8. На підставі основних положень загальної теорії систем та принципів побудови багатофакторних експериментів розроблена модель залежності стійкості рослин від дії не менше двох факторів середовища. Модель являє собою систему регресійних рівнянь і дозволяє не тільки характеризувати стійкість рослин в нових умовах, але й здійснювати підбір такого поєднання факторів середовища, при якому стійкість рослин буде максимальною.

9. Показано перспективу використання критеріїв стійкості, які не знайшли поширення в інтродукційній роботі. Розроблено нові показники адаптаційної здатності рослин, які засновані на статистичній обробці даних фенологічних спостережень (показник у) та енергетичних показниках, що визначають життєвий стан інтродуцентів. На підставі їх використання проаналізована градація інтродукційних можливостей різних життєвих форм рослин. Розроблено шляхи штучного підвищення стійкості інтродукованих рослин.

10. Виявлені переваги використання теорії надійності в інтродукції рослин. Визначені системи та механізми надійності, що грають вирішальну роль у забезпеченні життєдіяльності інтродукованих рослин (висота порогу фізіологічних реакцій, об'єм дублюючих механізмів, багатоваріантність вирішення цільової програми, гетероморфність рослинних структур).

11. На підставі аналізу теорії оптимальності та результатів її застосування, які пояснюють функціонування живих організмів (принципи економії енергії, максимума ентропії та максимума інформації) розроблена інформаційно-енергетична теорія інтродукції рослин. З її позицій пропонується класифікація інформаційних сигналів (біотичних та абіотичних факторів середовища), розглядається механізм передачі екологічної інформації, сформульовані основні поняття інтродукції рослин та показана можливість застосування кількісних показників, які визначають “міру інформації” в інтродукційній роботі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Булах П.Е. Методологические аспекты интродукционного прогноза // Інтродукція рослин. - 1999. - № 1. - С. 30-35.

2. Булах П.Е. Методические аспекты оптимизации интродукционных исследований // Інтродукція рослин. - 1999. - № 2. - С. 15-21.

3. Булах П.Е. Информационно-энергетическая теория интродукции растений // Інтродукція рослин. - 1999. - № 3-4. - С. 22-29.

4. Булах П.Е. Устойчивость интродуцированных растений с позиции общей теории систем // Інтродукція рослин. - 2000. - № 1. - С. 13-19.

5. Булах П.Е. Физиолого-биохимические и генетические предпосылки интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2000. - № 3-4. - С.44-48.

6. Булах П.Е. Основные понятия и термины интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2001. - № 1-2. - С. 132-138.

7. Булах П.Е. Понятие “жизненность” в интродукции растений как отражение устойчивости и энергетического состояния организмов // Інтродукція рослин. - 2001. - № 3-4. - С. 13-23.

8. Булах П.Е. Понятие “надежность” в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 1. - С. 40-48.

9. Булах П.Е. Критерии устойчивости в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 2. - С. 43-53.

10. Булах П.Е. Алгоритмы теории сходства в интродукции и селекции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 3-4. - С. 31-38.

11. Булах П.Е. Алгоритмы создания, хранения и использования информации о методах прогноза в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2004. - № 3. - С. 3-6.

12. Булах П.Е. Повышение устойчивости интродуцированных видов жимолости с помощью хлорхолинхлорида // Інтродукція рослин. - 2005. - № 2. - С. 85-88.

13. Булах П.Е. Фенологические критерии устойчивости в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2005. - № 4. - С. 9-19.

14. Попиль Н.И., Булах П.Е. Половой диморфизм цветковых растений с позиции генетико-экологичесой теории В.А. Геодакяна // Інтродукція рослин. - 2006. - № 4. - С. 101-104.

15. Булах П.Е. Биоморфологический тип как интродукционная единица и особенности его выделения // Доповіді НАН України. - 2000. - № 3. - С. 171-173.

16. Булах П.Е. Принцип оптимальности как важнейшая парадигма интродукции растений // Бюл. Никит. ботан. сада. - 1999. - Вып. 79. - С. 19-23.

17. Булах П.Е., Диденко С.Я. Явление квазисенильности в интродукционных популяциях // Бюл. Никит. ботан. сада. - 1999. - Вып. 81. - С. 16-19.

18. Булах П.Е., Недвига О.Н., Худченко Л.Н. Количество пыльцы как фактор передачи экологической информации // Бюл. Никит. ботан. сада. - 2001. - Вып. 82. - С. 17-19.

19. Булах П.Е., Козлов Р.В. Развитие идей климатической аналогии в интродукционном прогнозировании // Бюл. Никит. ботан. сада. - 2003. - Вып. 88. - С. 92-96.

20. Булах П.Е. Итоги интродукции полезных растений и особенности их подведения // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ: Вид-во ЛДАУ, 2000. - № 6 (18). - С. 7-10.

21. Булах П.Є. Прогнозування як обов'язковий етап інтродукційної роботи // Вісник Київського університету ім. Т. Шевченка. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття. - 1999. - Вип. 1. - С. 34-35.

22. Булах П.Е. Основные особенности становления и развития интродукции растений в системе биологических наук // Вісник Полтавського державного сільськогосподарського інституту. - 2001. - № 1. - С. 31-34.

23. Булах П.Е. Интродукционный прогноз и его количественная оценка // Бюл. Глав. ботан. сада. - 2000. - Вып. 180. - С. 15-18.

24. Булах П.Е. Экологические предпосылки интродукции растений // Интродукция и акклиматизация растений. - 1989. - Вып. 11. - С. 24-25.

25. Булах П.Е., Казанская Н.А. Использование мер включения в интродукционном прогнозе // Интродукция и акклиматизация растений. - 1994. - Вып. 19. - С. 7-9.

26. Булах П.Е. Использование методов сравнительной флористики в интродукционном прогнозе // Интродукция и акклиматизация растений. - 1994. - Вып. 21. - С. 13-15.

27. Булах П.Е. Использование математических методов и ЭВМ в интродукционной работе // VIII съезд Укр. ботан. об-ва: Тез. докл. - Киев, 1987. - С. 208.

28. Булах П.Е. Экологические принципы отбора декоративных видов с целью озеленения // Научные основы озеленения городов и сел Молдавии (Тез. докл. IV республиканского совещания 26 июня 1987 г.). - Кишинев, 1987. - С. 23-24.

29. Артеменко В.С., Булах П.Е. Особенности онтогенеза луковичных видов в условиях культуры ЦРБС АН УССР // Рекомендации по размножению интродуцированных растений на основании изучения их биологии индивидуального развития. - К., 1988. - С. 11.

30. Булах П.Е. Тератогенез интродуцированных видов рода лук // Рекомендации по размножению интродуцированных растений на основании изучения их биологии индивидуального развития. - К., 1988. - С. 27-28.

31. Булах П.Е., Казанская Н.А. О задачах классификации в интродукционной работе // Роль ботанических садов в охране и обогащении растительного мира. Тез. докл. республик. науч. конфер., посвященной 150-летию Бот. сада им. акад. А.В. Фомина. Том.1. - К.: Киев. ун-т, 1989. - С. 5-6.

32. Булах П.Е., Казанская Н.А. Почвопокровные растения для зеленого строительства // Научные основы озеленения городов и сел Молдавии (Тез. докл. V республиканской конференции 5-6 июня 1990 г.). - Кишинев, 1990. - С. 24-25.

33. Казанская Н.А., Булах П.Е. Декоративные виды семейства лилейных в озеленении городов // Охрана, обогащение, воспроизводство и использование растительных ресурсов. Тезисы докл. Всесоюз. науч. совещания (к 30-летию Ставропольского ботанического сада). - Ставрополь, 1990. - С. 226-228.

34. Булах П.Е. О сроках заложения соцветий в луковицах видов рода лук // Онтогенез интродуцированных растений в ботанических садах Советского Союза. - Киев, 1991. - С. 26.

35. Булах П.Е., Сикура И.И. Изучение онтогенеза видов рода Allium флоры Средней Азии в культуре // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 13-25.

36. Сикура.И.И., Булах П.Е. Изучение онтогенеза видов сем. Iridaceae флоры Средней Азии в культуре // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 174-178.

37. Сикура И.И., Булах П.Е., Лысенко Т.А. Охрана эндемических, реликтовых, редких, исчезающих и полезных видов природных флор в интродукционных популяциях // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 179-184.

38. Булах П.Є., Казанська Н.А. Строки закладання суцвіть у цибулинах гарноквітуючих видів в умовах культури // ІХ з”їзд Українського ботанічного товариства. Тези доп. - Київ.: Наук. думка, 1992. - С. 184-185.

39. Булах П.Е. Энергетическая концепция сохранения генофонда редких и исчезающих видов в ботанических садах // Охорона генофонду рослин в Україні. Тези доп. наук. конфер. (Кривий Ріг, травень 1994). - Донецьк, 1994. - С. 111-112.

40. Булах П.Е., Гриценко В.В. Использование дикорастущих луков как новых перспективных пищевых растений // Інтродукція харчових і кормових рослин. Матеріали наукової конференції. - Київ, 1994. - С. 191-192.

41. Булах П.Е. Искусственные фитоценозы в ботсадах в свете энергетической концепции // Ботанические сады - центры сохранения биологического разнообразия мировой флоры. Тез. докл. сессии Совета бот. садов Украины. - Ялта, 1995. - С. 23-24.

42. Казанская Н.А., Булах П.Е. Сохранение генофонда видов рода лук флоры Средней Азии в ЦБС НАН Украины // Ботанические сады - центры сохранения биологического разнообразия мировой флоры. Тез. докл. сессии Совета бот. садов Украины. - Ялта, 1995. - С. 82.

43. Булах П.Е. Критические этапы в онтогенезе живых организмов // Изучение онтогенеза растений природных и культурных флор в ботанических учреждениях Евразии. 9 Междунар. конф. - Мукачево, 1997. - С. 24-25.

44. Булах П.Е. Биоморфологический тип как самостоятельная интродукционная единица // Проблемы ботаники на рубеже ХХ-ХХI веков. Тез. докл. II (Х) съезда Русского ботанического общества (26-29 мая1998 г., Санкт-Петербург). - Т.2. - Санкт-Петербург, 1998. - С. 276.

45. Булах П.Е. Онтогенез в свете информационно-энергетической концепции интродукции растений // Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах та дендропарках Євразії. 11 Міжнар. конф. - Біла Церква, 1999. - С. 38-41.

46. Булах П.Е. Основные закономерности онтогенеза растений с позиций системного анализа // Вивчення онтогенезу рослин природних і культурних флор у ботанічних закладах та дендропарках Євразії. 12 Міжнар. конф. - Полтава, 2000. - С. 55-57.

47. Булах П.Е. Устойчивость биологических систем и ее моделирование // Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья. Материалы междунар. науч.-практ. конф. (Тирасполь, 28-30 марта 2001 г.). - Тирасполь, 2001. - С. 46-47.

48. Булах П.Е. Сохранение фитогенофонда с позиций информационно-энергетической теории // Охрана редких видов растений: проблемы и перспективы. Материалы Междунар. науч. конференции. - Харьков, 2004. - С. 25-27.

49. Булах П.Е. Оценка интродукционной способности растений по фенологическим показателям // Наукова спадщина академіка М.М. Гришка. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції. - Глухів: ГДПУ, 2005. - С. 145-147.

50. Булах П.Е., Попиль Н.И. Интродукционное изучение растений в нежизнедеятельном состоянии (мезабиоз, анабиоз) // Інтродукція рослин на початку ХХІ століття: досягнення і перспективи розвитку досліджень: Матеріали міжнар. наук. конференції. - К.: Фітосоціоцентр, 2005. - С. 31-33.

Размещено на Allbest.ru