Информационно-знаковые поля млекопитающих : Теория и практика полевых исследований Мозговой, Джон Поликарпович

Введение к работе

/loLfptJ

Актуальность темы. Одна из проблем современной экологии - выработка критериев, применимых для сравнения экологических объектов одинакового или различных уровней организации. Наряду с материальными и энергетическими отношениями, важную роль в функционировании экосистем играют информационные отношения между их компонентами. Формализация исследований, проведенных в естественных условиях с целью изучения информационных потоков в живой природе, дает возможность подойти к динамическому анализу механизма связи между экологическими системами разного уровня иерархии. «Энергетически слабые воздействия», содержащие экологическую информацию, то есть «структурные признаки» (Эшби, 1959) оборота вещества и потока энергии в полном объеме, позволяют анализировать взаимное приспособление компонентов биоты. До недавнего времени не было удовлетворительно разработанной информационной теории применительно к экологическим объектам, в частности, естественным зооценозам. Создание динамической модели информационно-знакового поля млекопитающих с одновременным учётом состояния внешней среды - актуальная проблема современной экологии

Цель и задачи исследования. Целью исследования является комплексный анализ приспособительного поведения, формируемого млекопитающими в ответ на получение ими сведений о состоянии среды обитания. Для выявления особенностей информационно! о обмена отдельных компонентов зообиоты с внешней средой были поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику сравнительного описания поведенческих реакций млекопитающих на основе досгупных полевому эколог} наблюдений за следами деятельности в естественных условиях обитания, применимую для решения экологических задач.

2. Определить параметры информационно-знакового поля млекопитающих семейств псовых (Canidae) и куньих (Mustelidae), позволяющие дать количественную характеристику их поведенческим адаптациям через основные составляющие информации: код, значение и ценность.

3. Используя параметры информационно-знакового поля, разработать метод определения экосистемного единства млекопитающих разных видов, обитающих на одной или сопряженных территориях. Выявить иерархию информационно-знаковых отношений в пределах комплекса экологически взаимосвязанных видов.

4. Изучить особенности поведения различных внутрипопуляционных групп млекопитающих, базирующегося на получении животными информации о состоянии внешней среды; выразить их количественно через параметры информационно-знаковых полей.

5. Исследовать поведенческие реакции животных на антропогенные воздействия различной интенсивности в зависимости от половой и возрастной принадлежности особей.

6 Выявить воздействие антропогенной модификации окружающей среды на состояние комплекса популяций экологически близких видов как единую систему

Научная новизна. 1 Впервые создана (и апробирована в ходе экологического мониторинга) комплексная, динамическая И РЙЙ'Ж'ЇЇШМНЗ!^{1 м}Д^ель поведения млекопитающих в естественных условиях. Э :а enqgnggflfgi^f ^реалистическая эколого-

отологическая модель позволяет давать качественные и количественные характеристики адаптивной активности животных с учетом максимально возможного числа факторов, влияющих на поведение.

2. Экологические особенности адаптации млекопитающих в природных условиях, такие, как выбор мест обитания, добыча пищи, миграции, размножение, приобретение навыков, взаимоотношения с живым и неживым окружением, впервые рассмотрены как следствие активности животных по восприятию ими сведений о динамике ресурсов и условий среды Воспринятая животными информация о состоянии биотопов, включая следы жизнедеятельности других особей, рассматривается как своеобразный экологический ресурс, повышающий адаптивность их поведения

3. Исследованы особенности информационных отношений четырех видов хищных млекопитающих с внешней средой при обитании в биотопах, подверженных антропогенному воздействию разного характера и интенсивности Рассчитаны параметры индивидуальных, групповых и популяционных информационно-знаковых полей. Показано, что информация о приспособительном поведении одних особей инициирует подражательные поведенческие реакции, при условии направленности внимания совместно адаптирующихся животных на такие внешние сигналы Впервые взаимодействие со средой обитания у различных биологических объектов (особей, внутрипопуляционных групп, отдельных популяций и их коадаптивного комплекса) выражено количественно, в параметрах соответствующих информационно-знаковых полей.

4. Использовано расширенное (по сравнению с теорией биологического сигнального поля Н.П.Наумова) понимание информационно-знаковой среды животных. в которую помимо «очагов стимуляции», «канализирующих активность особей» (Наумов и др., 1981), включены все объекты, на восприятие которых животные ответили двигательной реакцией. Это позволило получать более объективные данные в толковании информационной значимости различных элементов среды для животных Также появилась возможность исследовать внутривидовые и межвидовые коммуникации, происходящие через объекты и события совместной среды обитания животных, включая недолговечные изменения в биотопах, произведенные другими особями, зачастую - без непосредственных контактов между ними.

Теоретическое значение работы. Теория информационно-знакового поля представляет собой один из способов описания и изучения экосистем, биота которых включает млекопитающих Концепция знакового поля и разработанный автором метод сбора и обработки полевого материала позволяют приблизиться к пониманию регуляционных механизмов, поддерживающих определенный уровень плотности популяций млекопитающих (Гиляров, 1990) Появляется возможность рассчитать вклад разных видов млекопитающих в скорость круговорота вещества, потока энергии и информации в биоценозах, что особенно важно сейчас, когда темп круговорота вещества, потока энергии и информации изменяется в связи с неконтролируемым антропогенным воздействием на природу.

Предложена система понятий для качественного и количественного учета информационного потока в экосистемах различного иерархического уровня Разработаны методы сбора, описания и камеральной обработки полевою материала по информационному поведению млекопитающих Также, с позиций экологии и теории информации, приведена аргументация применения предложенных параметров знаковых полей для решения стандартных зколої ических задач, например, следующих-

„ <ч t < >>. i>,

1. выявление диапазона приспособляемости животных к изменению факторов среды;

2. изучение уровней детерминации информационного поведения млекопитающих и обоснование экологических нормативов допустимых антропогенных воздействий на экосистемы;

3. использование информационно-знаковой характеристики среды обитания животных в качестве объективного критерия изменения биотопов;

4. изучение механизмов авторегуляции и адаптации на популяционном уровне, исследование механизмов формирования и поддержания системного единства ко-адаптивного комплекса видов.

Метод и полученные данные можно также использовать для развития теоретических основ этологии и зоопсихологии. Здесь актуальны, например, проблемы восприятия и продуцирования сигналов животными, приобретение навыков поведения в антропогенной среде и их передача животными в ряду поколений, исследование Umwelt'a, изучение коммуникативного поведения, степени асимметрии движения при ориентации у разных возрастных и половых групп и т.д.

Практическая значимость результатов. Способы формализации и анализа материала применяются для изучения информационных процессов в популяциях млекопитающих с целью экологического мониторинга. Теория знакового поля млекопитающих позволила унифицировать метод сбора и обработки натурных данных. Его можно применить к изучению любых видов млекопитающих, активных в зимний период года, а также к исследованию любых экосистем: от особи до биоценоза. Появилась возможность обобщать и сравнивать данные полевых наблюдений, полученные в разное время. Разработки приемлемы не только для оценки степени антропогенного воздействия на естественную среду обитания лисицы и куньих, но также экстраполируются на другие таксономические группы животных.

Обучающие и фактические материалы по методике информационно-знакового поля млекопитающих были переданы в заповедники и национальные парки России и Украины. По методике начали работать в Лапландском биосферном заповеднике и Прикаспийском институте биологических ресурсов Дагестанского НЦ РАН. Большую заинтересованность проявили сотрудники Лазовского биосферного заповедника. В природоохранной практике материал можно использовать для оценки различных механизмов управления зообитотой. Методика рекомендована к применению, прежде всего, в заповедниках, национальных парках и охотничьих хозяйствах страны - как необходимая составляющая работы научного персонала, наряду с ежегодными учетами численности. Она позволит предсказывать динамику качественного состава и численности млекопитающих в регионе.

Степень воздействия человека на природу неизбежно будет расти. Поэтому нужно знать, какие млекопитающие смогут существовать в широком диапазоне изменений условий среды, а для каких следует создавать специальные условия выживания. Сохранение богатства генофонда - одна из важнейших практических задач человечества.

Связь работы с плановыми исследованиями. Представленная работа связана с планом основных научных исследований кафедры зоологии, генетики и общей экологии Самарского государственного университета (ЗГиОЭ СамГУ) по теме НИР «Деятельность экологических систем и механизмы их регуляции». Код темы по

ГРАНТИ - 34.05.017. Материалы также включены в отчеты о научно-исследовательской работе кафедры по теме «Структура и динамика экосистем: комплексный анализ экосистем разного масштаба». Номер государственной регистрации НИР - 3.22.010

Реализация результатов исследования. Теория и материалы исследований используются автором, преподавателями кафедры ЗГиОЭ СамГУ и сотрудниками Института экологии Волжского бассейна РАН в лекционных курсах «Экология и охрана окружающей среды», «Экология животных», «Популяционная экология», «Зоология позвоночных», «Этология и коммуникативные процессы», «Зоопсихология», «Экологическая информатика», «Концепции современного естествознания», которые читаются студентам Самарского и Волжского университетов. Ежегодно студенты обучаются методике сбора полевого материала по информационно-знаковым полям млекопитающих в естественных биотопах Исследования информационных полей млекопитающих послужили основой 23 дипломных работ выпускников кафедры зоологии СамГУ с 1983 по 2004 годы.

Сотрудниками и выпускниками кафедры ЗГиОЭ СамГУ по теме информационно-знакового (сигнального) поля, начиная с 1980 года, опубликовано более 70 научных работ. Защищена кандидатская диссертация с использованием методики информационно-знакового поля. По адресу httpV/www ssu samara ru~zoo функционирует сайт, на котором размещены материалы по теории знакового поля

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзных совещаниях, шести международных конференциях, одной региональной конференции и двадцати научных конференциях Самарского государственного университета; в том числе следующих: Всесоюзное совещание «Коммуникативные механизмы регулирования популяционной структуры млекопитающих», Москва, АН СССР, 1988 г.; Всесоюзное совещание по проблемам кадастра и учета животного мира, Уфа, АН СССР, 1989 г.; Международная научная конференция «Современные проблемы экологии», Тольятти, РАН, 1992 г.; Международная конференция «Теоретические проблемы экологии и эволюции», Тольятти, РАН, 1995 г.; Региональная конференция «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан», Казань, 1997 г.; Международная конференция «Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 2», Тольятти, РАН, 1998 г.; Международная конференция «Природа и человек- междисциплинарный синтез», Санкт-Петербург, 2002 г; Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства», посвященная 80-летию ВНИИОЗ, Киров, 2002 г.; Международная конференция «Проблемы управления и моделирования в сложных системах», Самара, 2002 г.

Декларация личного участия автора. Автором лично проведены полевые исследования в 1978-2004 гг. В 1993-2003 гг. в сборе полевого материала принимала участие к.б.н. Владимирова Э.Д. Апробация ряда способов формализации полевого материала, математическая обработка первичных результатов полевых исследований выполнены при участии члена-корр. РАН, д.б.н. Розенберга Г.С. и к.б.н. Владимировой Э.Д. Обсуждение результатов и написание текста осуществлены лично автором Доля участия автора в совместных публикациях пропорциональна количеству соавторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Информационно-знаковое поле млекопитающих - это экологическая сис
тема, выполняющая адаптивные функции. С одной стороны, информационно-
знаковое поле включает воспринятые животными объекты и события внешней среды
в качестве носителей информации, с другой, - самих животных в качестве пользова
телей и, одновременно, поставщиков информации для последующих посетителей
биотопов. Структура данной информационно-знаковой системы складывается из жи
вых объектов и воспринятой ими среды обитания, причём отношения между ними
доступны для исследования в форме двигательной активности животных, выражен
ной в параметрах поля. Функциональными элементами этой информационной
системы являются комплексы двигательных актов, слагающиеся в определенное по
ведение, отвечающее внешнему воздействию, видовым, половым и возрастным
характеристикам, навыкам и мотивациям животных Динамика информационно-зна
кового поля проявляется в результатах мониторинга, базирующегося на проведённом
исследовании.

2. Поведение лисицы обыкновенной (Vulpes vulpes L), куницы лесной (Martes martes L), горностая обыкновенного (Mustela erminea \.) и ласки обыкновенной (Mustela nivalis L) может быть выражено количественно через параметры информационно-знаковых полей. В биотопах, подверженных интенсивному антропогенному воздействию, показатели информационно-знаковых полей лисицы и куньих возрастают по сравнению с соответствующими показателями животных, обитающих в заповедниках Динамика параметров информационно-знаковых полей млекопитающих в среде, изменённой деятельностью человека, может служить показателем степени её деградации.

3. В условиях, изменённых деятельностью человека, в популяциях лисицы, куницы, горностая и ласки углубляются экологические различия между половыми и возрастными группами животных, меняется характер информационных отношений между лисицей и куньими В результате изменяются численность особей и соотношение полов в популяциях, а также видовой состав животных в сообществах. Дальнейшее изменение среды обитания приведёт к обеднению коадаптивных комплексов популяций и, как следствие, нарушению системной целостности зооценозов Данный процесс поддаётся количественному анализу на основе разработанной и использованной нами методики.

Публикации. Автором опубликовано в печати более 80 научных и научно-методических работ, 50 из них соответствует теме данного автореферата В их число входят 6 монографий и учебных пособий. 31 статья (13 - в центральных изданиях), 13 тезисов.

Структура и объем работы. Структура соответствует требованиям, предъявляемым к расширенным авторефератам в форме научных докладов. Доклад включает в себя общую характеристику и содержание работы Работа состоит из четырех глав, выводов, списка литературы. Её общий объем составляет 50 страниц, иллюстрирован 8 таблицами и 7 рисунками Приведен перечень публикаций автора, включающий 52 наименования.