Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОБИЛИЗАЦИИ И СОХРАНЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В БОТАНИЧЕСКИХ САДАХ 24
1.1. Международное регулиювание деятельности ботанических садов по сохранению биологического разнообразия 25
1.2. Международные соглашения регламентирующие деятельность ботанических садов в области сохранения растений 34
1.3. Формирование глобальной сети ботанических садов и их роль в сохранении и мобилизации генетических ресурсов растений 42
1.4. Экологические факторы в сохранении и мобилизации растений ботаническими
Садами 51
1.5. Заключение 58
ГЛАВА II. СТРАТЕГИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ СОХРАНЕНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ 59
2.1. Глобальные информационные проекты по биологическому разнообразию 59
2.2. Региональные информационные проекты по биологическому разнообразию 68
2.3. Сетевые номенклатурные ресурсы 73
2.4. Бд по отдельным семействам 81
2.5. Информационные ресурсы по редким видам растений 84
2.6. Геоинформационные системы 85
2.7. Базы таксономически информативных изображений 86
2.8. Заключение 88
ГЛАВА III. ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ КОЛЛЕКЦИЙ 90
3.1. Разработка принципов и критериев категорирования коллекций растений и Стандартизация структуры данных 95
3.2. Разнообразие систем регистрации коллекций живых растений и гербариев 102
3.3. «калипсо» — система управления коллекциями ботанических садов и гербариев і 23
3.4. Заключение 145
ГЛАВА IV. ИНФОРМАЦИОННО-ПОИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПО КОЛЛЕКЦИОННЫМ ФОНДАМ БОТАНИЧЕСКИХ САДОВ 147
4.1. Информационньш системы крупных ботанических садов 147
4.2. Информационно-поисковые системы по коллекциям ботанических садов 151
4.3. Ипс «ботанические коллекции россии и сопредельных государств» 163
4.4. Заключение 181
ГЛАВА V. ИЗУЧЕНИЕ МОБИЛИЗАЦИИ И СОХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОСУДИСТЫХ РАСТЕНИЙ В БОТАНИЧЕСКИХ САДАХ РОССИИ .183
5.1. Сравнительный анализ таксономического разнообразия коллекций ботанических садов 183
5.2. Коллекции ботанических садов россии в различных зонах температурной устойчивости растений 188
1л 5.3. Анализ коллекций отдельных семейств и родов 204
5.4. Выявление видов, нуждающихся в защитных мероприятияхexsitu 218
5.5. Заключение 223
ГЛАВА VI. СИСТЕМА ОРГАНИЗАЦИОННОГО И ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТ ПО ИЗУЧЕНИЮ И СОХРАНЕНИЮ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ В БОТАНИЧЕСКИХ САДАХ РОССИИ 225
6.1. Организационные, методологические и информационные проблемы предоставления информации о коллекциях растений 225
6.2. Пути решения проблем инвентаризации и предоставления доступа к информации о
А коллекционных фондах 236
6.3. Координация коллекционной политики ботанических садов 241
6.4. О понятии информационного пространства ботанических садов 242
Выводы 244
Список работ, опубликованных по теме диссертации 246
Литература 253
Перечень таблиц 292
список иллюстраций 294
Приложения 296
- Международное регулиювание деятельности ботанических садов по сохранению биологического разнообразия
- Глобальные информационные проекты по биологическому разнообразию
- Разработка принципов и критериев категорирования коллекций растений и Стандартизация структуры данных
- Информационно-поисковые системы по коллекциям ботанических садов
Введение к работе
В «Глобальной стратегии сохранения растений» (2002) сформулированы основные задачи, решение которых позволит остановить процесс снижения биологического разнообразия растений. На ботанические сады (БС) возложена миссия по сохранению растений ex situ. Деятельность БС в данном направлении регламентируется «Международной программой для ботанических садов по сохранению растений» [Wyse Jackson, Sutherland, 2000 ]f которая адаптирует идеи, изложенные в «Стратегии ботанических садов по охране растений» [Heywood, 1989] к условиям деятельности БС, сложившимся после принятия КБР (Конвенция о биологическом разнообразии, 1995) и CITES [Akeroyd et al., 1994 ] Подготовленный в 1990 г. международный справочник [Heywood, Heywood, Wyse Jackson, 1990] по БС, включал 1400 организаций. В начале 2000 года Международный совет ботанических садов по охране растений (BGCI) сообщил о существовании более 1800 БС, а на настоящий момент в 153 странах мира функционирует уже более 2200 БС, численность коллекций в которых варьирует от сотен до десятков тысяч таксонов.
БС являются одной из древнейших научно-практических информационных сетей. Со средних веков генетическая информация в виде семян и растений распространялась по поверхности нашей планеты посредством этих уникальных институтов на благо человечества [Barthlott et al., 2000; Lobin, 2001]. Эта традиция научного обмена стала особенно актуальна в эпоху великих географических открытий. В связи с открытием новых земель БС стали центрами интродукции. Садоводческий опыт лег в основу богатейших ботанических коллекций заморских растений. Накопленный опыт интродукционных испытаний и возможность проведения селекционной работы, позволили БС стать источниками новых генетических ресурсов для фармацевтики, сельского хозяйства, садоводства и многих других практических приложений ботанической науки. На протяжении истории, по мере изменения социальных приоритетов меняются функции БС.
В конце XX века общество обратило внимание на качественное и количественное уменьшение разнообразия живых существ, окружающих человека.
Из беспокойства за состояние среды обитания выросла проблема сохранения биологического разнообразия.
Опасность исчезновения отдельных видов и экосистем еще никогда не была так велика, как сегодня, когда рост населения и последствия хозяйственной деятельности приводят к необратимым изменениям природы нашей планеты. На XVI Международном ботаническом конгрессе, проходившем в августе 1999 г. в США, его президент, директор Миссурийского ботанического сада (MBG) Питер Ревин заявил, что если не принять в ближайшее время решительные меры по сохранению видового разнообразия растений, то к середине XXI века могут быть утрачены до 2/3 из 300000 видов растений, произрастающих в настоящее время на Земле [Ревин, 2000]. Причинами этого является рост населения, вырубка лесов, уничтожение естественной среды обитания, высокие темпы развития промышленности, широкое распространение интродуцированных видов и развитие сельского хозяйства [Инвентаризация коллекций..., 2002]. Потеря такой значительной части биоразнообразия растений способна перечеркнуть надежды на стабильную, здоровую и лучшую жизнь человека в XXI веке.
Понимание ограниченности ресурсов привело к возникновению широко распространенной консервативной концепции устойчивого развития [Our common future, 1987]. Важным элементом данной концепции является сохранение установившейся среды обитания человека.
Согласно Солбригу [Solbrig, 1991] «биологическое разнообразие» -количество и качество различных биологических систем и их взаимодействий на всех иерархических уровнях внутри определенных измерений времени и пространства. В Конвенции о биологическом разнообразии (Конвенция, КБР) [Конвенция о биологическом разнообразии, 1995] термин «биологическое разнообразие» означает изменчивость живых организмов в смешанных, наземных, морских и пресноводных экосистемах и экологических комплексах, частью которых они являются; это понятие включает в себя изменчивость в пределах вида, межвидовое разнообразие и разнообразие экосистем. В данной работе предпочтение отдается последней дефиниции.
У термина «биоразнообразие» существует прагматический аналог «генетические ресурсы». Конвенция [Конвенция о биологическом разнообразии, 1995] определяет генетические ресурсы как генетический материал, представляющий фактическую или потенциальную ценность. Современные технологии стремятся использовать всю базу генетических ресурсов - независимо от источника первичного получения генов или их комбинаций [Инвентаризация коллекций..., 2002]. Такими источниками могут быть «дикие», и «окультуренные» формы растений. Полезность и значительная материальная ценность сохраняемых in situ или ex situ генетических ресурсов дикорастущих растений, природных штаммов микроорганизмов, способных утилизировать различные органические соединения, не вызывают сомнения. В настоящее время эффективное использование генетических ресурсов Земли рассматривается как один из факторов устойчивого экономического развития как развитых, так и большинства технологически развивающихся стран. Возрастающее внимание к проблеме сохранения и использования генетических ресурсов нашло отражение в решениях таких авторитетных международных организаций, как ОЭСР, FAO, UNEP, ВОИС, Группа 8 (Решения Окинавского саммита в отношении генетических ресурсов человека). В 2001 году на Национальном Форуме по сохранению живой природы России была принята «Национальная Стратегия сохранения биоразнообразия России» [2001]. 14 мая 2002 г. в Министерстве промышленности, науки и технологий Российской Федерации состоялось заседание коллегии, на которой рассматривался вопрос "О мобилизации и сохранении национальных генетических ресурсов растений, животных, микроорганизмов и клеточных культур". Представленный проект доклада [Черешнев и др., 2002] был подготовлен в порядке инициативы рабочей группой из представителей ведущих ученых в этой области, образованной Минпромнауки России. 20 мая 2002 года в Москве на Международной конференции «Роль ботанических садов в сохранении биоразнообразия растений» была принята «Стратегия ботанических садов России по сохранению биоразнообразия растений» [2003].
В приложениях к Декларации конгресса в Гран Канарии [The Gran Canaria Declaration, 2000] прямо указывается на: необходимость завершения регистрации мирового растительного разнообразия; создание комплексной интерактивной информационной системы для обработки и создания БД по распределению растительного разнообразия в природе, его современному состоянию, использованию и мерам защиты на охраняемых территориях и в коллекциях ex situ. В Конвенции [Конвенция о биологическом разнообразии, 1995] оговорено, что владельцем коллекций ex situ, собранных до вступления в силу Конвенции является государство-владелец данной коллекции. Пятое совещание Конференции сторон КБР призвало страны, владеющие такими коллекциями, представить в Секретариат КБР списки преконвенционных образцов, находящихся в национальных коллекциях. До настоящего времени этот призыв Россией не выполнен, так как для его осуществления требуется провести значительную работу по инвентаризации национальных коллекций.
Генетические ресурсы сосредоточены в организациях многих министерств и ведомств. В такой ситуации разрозненные действия при отсутствии государственной стратегии препятствуют рациональному сохранению и эффективному использованию генетических ресурсов, угрожают невосполнимыми потерями генетических коллекций и природных экосистем. Поэтому необходима четкая координация и совместная разработка стратегии и политики в деле сохранения и использования биологического разнообразия [Черешнев и др., 2002].
Коллекции БС являются не только уникальным хранилищем генетических ресурсов растений полезных для человека, но и страховым фондом биологического разнообразия. В отличие от природы, в БС предопределена возможность точного учета каждого образца каждого таксона и, следовательно, заложена основа для создания распределенной базы данных (БД) по генетическим ресурсам сосудистых растений. Несомненна высокая значимость распространения и внедрения современных информационных технологий, как для регистрации индивидуальных коллекционных фондов, так и для создания единой информационно-поисковой системы по коллекциям БС (ИПС). Для российских БС насущная потребность в системах компьютерной регистрации коллекций, единых источниках данных о коллекционных фондах и единых таксономических информационных ресурсах, определяется также необходимостью сохранения коллекций в условиях изменения социального устройства общества.
Среди предложений по улучшению состояния дел с мобилизацией, сохранением и использованием генетических ресурсов [Черешнев и др., 2002] следует отметить, те которые практически вьшолнялись в ходе осуществления данной работы применительно к коллекциям БС Российской Федерации:
• обеспечение общедоступности сведений относительно процедур доступа к генетическим ресурсам и об организациях, причастных к сохранению и устойчивому использованию генетических ресурсов в Российской Федерации;
• инвентаризация генетических ресурсов и создание автоматизированных банков паспортных и оценочных данных;
• создание единой российской информационной сети, включающей эффективную систему электронной связи и пригодной для использования в международных коммуникациях.
Известно [Barthlott et al., 2000], что мировое биоразнообразие сосудистых растений сосредоточено, преимущественно в тропическом поясе Земли, а большая часть БС локализована в индустриальных странах. Схожая ситуация, связанная с историческими факторами, характерна и для России (рис. 1), где большая часть БС расположена в европейской части страны. БС находятся в различных регионах и климатических условиях, что обеспечивает оптимальные условия для мобилизации генетических ресурсов. До настоящего времени отсутствовали реальные возможности для сравнительного анализа значительного числа коллекций во взаимосвязи с условиями культивирования, с действующими экологическими факторами.
Соответственно, отсутствовала информационная база для координации коллекционной политики БС, деятельности в области сохранения биологического разнообразия, направленных на увеличении таксономической репрезентативности национальной коллекции генетических ресурсов ex situ. Решение данных задач стало возможным с развитием информационных технологий (ИТ).
В России, как и во всем мире, наблюдается значительный интерес к использованию информационных технологий для регистрации и изучения биоразнообразия. Регулярные совместные симпозиумы по данным вопросам проводят ЗИН РАН и БИН РАН в Санкт-Петербурге. В системе БС многочисленные семинары и конференции проведены в России и сопредельных государствах Московским отделением BGCI, при участии многих БС. Ряд семинаров проведен Ботаническим садом Петрозаводского государственного университета [Прохоров, 2001в]. При Совете ботанических садов России (СБСР) [Совет ботанических садов России, 2002: Электронный ресурс] создана Комиссия по применению новых информационных технологий в БС (возглавляемая автором данной работы), которая разрабатывает стратегию информационной поддержки управления коллекционными фондами БС и способствует ее осуществлению. Именно наличие сложившейся веками системы обмена растениями и сведениями о коллекциях позволило создать наиболее развитую современную информационную систему, базирующуюся на Интернет-технологиях.
Основные информационно-технологические потребности БС включают: информационно-поисковые системы (ИПС), обеспечивающие доступ к сведениям о генетических ресурсах одной или нескольких ботанических коллекций и локальные системы регистрации индивидуальных коллекций используемые в пределах института. Такие системы необходимы для всех БС и требуют внедрения определенных стандартов. Регистрация коллекционных фондов растений в БС является необходимым условием содержания таких коллекций и единственной возможностью поддерживать единую ИПС в актуализированном состоянии. Международная ассоциация ботанических садов (IABG) и BGCI рекомендуют, переводить информацию о коллекциях растений на электронные носители с целью сохранения информации при смене сотрудников, курирующих коллекции, и для повышения ее доступности для пользователей как в пределах сада так и для других БС.
Деятельность БС по мобилизации и сохранению биологического разнообразия растений на современном этапе во многом определяет складывающаяся система информационных ресурсов (информационное пространство ботанических садов, ИПБС) [Прохоров, 20026], включающая номенклатурные и таксономические ресурсы, локальные СУБД по коллекционным фондам; ИПС обеспечивающие доступ к информации о коллекциях. Совокупность данных ресурсов может быть эффективно использована для координации деятельности БС и для научных исследований в области мобилизации и сохранения биологического разнообразия (генетических ресурсов) растений.
В последнее время, акценты в области применения ИТ для нужд биологических коллекций смещаются от регистрации в область анализа данных [Andreev et al., 2003]. Описанные ниже технологии уже сейчас помогают определить сады, в которых культивируется тот или иной вид растения, что позволяет планировать проведение сравнительных исследований в различных интродукционных пунктах и определять оптимальные источники для мобилизации исходного материала. Сравнительный анализ коллекционных фондов БС России и их зарубежных аналогов с учетом влияния экологических факторов позволит оценить перспективы интродукции растений. На БД аналитических исследований появляется возможность направленной координации деятельности БС России в области сохранения и мобилизации генетических ресурсов сосудистых растений ех situ. Такая координация необходима как для сохранения растений находящихся под угрозой исчезновения, так и с целью оптимального обогащения совокупной Национальной коллекции - генетического ресурса растений России и базы исследований для широкого диапазона научных дисциплин.
Важнейшей задачей инвентаризации коллекций БС является фиксация прав Российской Федерации на использование «преконвенционных» образцов, определяемых датой поступления образцов таксона в коллекции из зарубежных экспедиций, БС и других источников.
Автор выражает благодарность:
руководителям и сотрудникам ботанических садов России, Украины, Беларуси, Грузии и других стран, предоставившим сведения о коллекционных фондах для ИПС «Ботанические коллекции России и сопредельных государств»;
председателю московского отделения BGCI к.б.н. И.А.Смирнову, академику РАН И.Ю.Коропачинскому, генеральному секретарю BGCI д-ру Питеру Вайс-Джексону, а также научному консультанту - председателю СБСР, академику РАН Л.Н.Андрееву - за помощь и поддержку в организационной деятельности связанной с внедрением информационных технологий в жизнь ботанических садов России;
декану ЭБФ ПетрГУ, чл.-кор. РАН, Э.В.Ивантеру и зав. кафедрой ботаники и физиологии растений ПетрГУ, д.б.н Е.Ф.Марковской - за постоянную поддержку в процессе подготовке данной работы;
проректору ПетрГУ по информатизации Н.С.Рузановой и д.б.н. Г.С.Антипиной - деятельность и работы которых стали необходимой основой наших исследований и разработок;
программистам Ботанического сада ПетрГУ - М.Н.Нестеренко и В.В.Андрюсенко, реализовавшим идеи автора в форме программного обеспечения и информационных систем;
сотрудникам Ботанического сада ПетрГУ - Ю.В. Веретенниковой, М.В.Каштанову, Е.Л.Обуховой, к.б.н. Е.А. Платоновой, М.Н.Потаповой, к.б.н. Т.В.Смирновой, А.Ю.Фалину, а также сотрудникам РЦ НИТ ПетрГУ -О.В.Дерусовой, Е.Ю.Холодковой, М.А.Шредерс, активно участвовавшим в выполнении работ по проектам, связанным с внедрением ИТ в деятельность БС России;
участникам совместных исследований и публикаций: к.б.н. Е.М. Арнаутовой, Н.Н.Арнаутову, д.б.н. А.В.Боброву, д.б.н. Б.Н.Головкину, д.б.н. Ю.Н. Горбунову, д.б.н. Р.А.Карписоновой, д.б.н. Ю.НКарпуну, к.б.н. А.И.Макридину, д.б.н. Л.С.Плотниковой.
коллегам по разработке программного обеспечения для ботанических исследований: D.Wyse Jackson, К. Walter, З.Е.Кузьмину, Д.Пашкову, В.А.Румынину, Ю.Р.Роскову, К.С. Байкову - многочисленные дискуссии с которыми стимулировали нашу работу.
Международное регулиювание деятельности ботанических садов по сохранению биологического разнообразия
В последние годы заключен целый ряд международных соглашений в области охраны природы. Ключевыми следует считать Конвенцию о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (CITES) [Akeroyd, McGough, Wyse Jackson, 1994] и Конвенцию о биологическом разнообразии [1995]. Из других международных соглашений, влияющих на деятельность БС и позволяющих им занять определенные (финансируемые) ниши в социально ориентированной деятельности, следует отметить [Wyse Jackson, Sutherland, 2000] Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием, по заболоченным территориям, по климатическим изменениям, по охране мирового природного и культурного наследия, Программу 21 век (Agenda 21) являющуюся шаблоном развития всемирного сотрудничества между нациями, Глобальный план действий по сохранению и рациональному использованию генетических ресурсов растений для сельского хозяйства и производства продовольствия [Global Plan of Action..., 1996]. В выполнении последнего важная роль отводится БС, сохраняющим живые растительные коллекции, банки семян, коллекции in vitro. Растения, представляющие интерес для медицины, садоводства, технических нужд и производства продовольствия, более полно представлены именно в коллекциях БС [The State of the World s Plant Genetic Resources for Food and Agriculture, 1998].
Созданы международные структуры и сконцентрированы финансовые ресурсы для решения комплекса проблем изучения, сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия. Проблема сохранения биологического разнообразия стала чрезмерно политизированной областью экологии. Это проявилось в возникновении многочисленных организаций, появившихся в результате принятия КБР, и взявших на себя функции по координации научной деятельности.
КБР имеет важное значение для БС, накладывая ряд существенных ограничений на их деятельность, но, в еще большей степени, открывая перспективы для участия в сохранении биоразнообразия растительного мира, пропаганде знаний о нем, расширении взаимной информированности с целью координирования их действий. Предшественником КБР была конвенция об охране видов CITES [Convention on International Trade of Endangered Species: Электронный ресурс], наложившая серьезные ограничения на торговлю редкими видами живых организмов.
Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения
Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (CITES) [Akeroyd, McGough, Wyse Jackson, 1994] вступила в действие в 1975 г. Она разрешает торговлю видами растений и животных, существованию которых не угрожает чрезмерная эксплуатация, но запрещает экспорт и импорт видов, находящихся на грани вымирания. Механизм действия CITES [Wyse Jackson, Sutherland, 2000] - ввод запрета и ограничений на торговлю видами, перечисленными в трех приложениях к CITES [Об обновленном Перечне видов животных и растений, подпадающих под действие CITES: Электронный ресурс]. БС России обязаны [Горбунов, 2002]: неукоснительно выполнять положения CITES; ознакомить своих сотрудников с положениями CITES и списками видов [Checklist of CITES Species, 2001], перечисленных в приложениях к CITES; выделить в коллекционных фондах данные виды, собрать по ним подробную информацию и разработать правила для БС по работе с ними; принимать участие в развитии и повышении эффективности CITES, готовить свои предложения для включения исчезающих и сокращающих свой ареал видов растений в то или иное приложение CITES. БС могут предложить свои услуги в качестве центров хранения и содержания растений, конфискованных в соответствии с требованиями CITES. На сайте CITES создается информационая система по спискам видов находящихся под угрозой исчезновения [CITES-listed species database: Электронный ресурс]. В настоящее время доступ к спискам растений осуществляется через «Multisite» [Multisite Searches, 1997: Электронный ресурс]. Надо отметить, что на сегодняшний день работа с видами, перечисленными в приложениях к CITES, в БС России практически не осуществляется. По нашим данным (Приложения. Список 5) из 81 таксона флоры России найденных в приложениях к CITES в БС России культивируется не менее 39. Следует отметить, что в данные списки включены таксоны на которые существует определенный коммерческий спрос, а следовательно, наиболее подверженные риску уничтожения in situ. Анализ отчетов СБСР [Отчет Совета ботанических садов России..., 1994 - 2004] показывает, что приоритетным направлением деятельности БС России в области сохранения биоразнообразия является сохранение видов региональной флоры, включеннной в региональные списки видов, находящихся под угрозой исчезновения. При этом зачастую из внимания выпадают таксоны, подлежащие охране на общероссийском и международном уровне (см. раздел «Выявление видов, нуждающихся в защитных мероприятиях ex situ», стр. 218).
Конвенция о биологическом разнообразии
КБР была открыта для подписания 5 июня 1992 года на Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (Встреча на высшем уровне «Планета Земля»). Основными целями КБР объявлены: сохранение мирового биологического разнообразия; устойчивое использование компонентов мирового биологического разнообразия; справедливое распределение доходов от использования генетических ресурсов, включая гарантию доступа к генетическим ресурсам, обмен технологиями, создание системы финансирования.
КБР отличает то, что она устанавливает общие, рамочные цели и задачи для стран-участниц. Отсутствуют списки приоритетных объектов для охраны. КБР оставляет вопрос о конкретных мероприятиях по вьшолнению ее решений на усмотрение национальных правительств, она предлагает лишь принятую на международном уровне схему. КБР установила и финансовый механизм помощи для ее выполнения в развивающихся странах - сформировала Глобальный экологический фонд (GEF), который начал действовать в 1991 г. Его источники включают почти три миллиарда долларов США, предоставляемые странами-донорами и направляемые, главным образом, для реализации проектов по охране окружающей среды в развивающихся странах.
Ряд статей КБР имеет прямое отношение к деятельности БС [Groger, 2001; Barthlott et al., 2000; Wyse Jackson, Sutherland, 2000]. БС играют важную роль в достижении целей КБР, являясь хранителями опыта в области систематики, ботаники, охраны растений, агротехники. БС осуществляют работы по сохранению растений ex situ и in situ и принимают участие в разработке национальных стратегий сохранения биоразнообразия. Крайне важна для КБР роль БС как центров создания новых сортов сельскохозяйственных растений, внедрения в производство новых видов лекарственных растений. Особо стоит выделить значение просветительской функции БС, их важнейшей задачи на протяжении столетий. Ряд статей КБР требуют применения современных информационных технологий в целях обеспечения регистрации, систематизации компонентов биоразнообразия и обеспечения широкого доступа к этим данным.
Глобальные информационные проекты по биологическому разнообразию
Существующее множество ИПС по коллекционным фондам, отдельно или в совокупности с ИПС по другим компонентам биологического разнообразия могут и должны быть включены в осуществляемые глобальные проекты. Это позволит повысить доступность, стандартизировать и, соответственно, снизить вырожденность информации. В 2000-2001 годах был инициирован ряд проектов по объединению и повышению доступности информации о коллекционных фондах БС. Проект «A Preliminary International Checklist of Plants Cultivated in Botanic Gardens» [Создание нового списка культурных растений в ботанических садах, 2001] осуществляется BGCI. Существует ряд проектов направленных на объединение и стандартизацию коллекционных БД. В 2000 году Советом Европы был инициирован проект «European Network of Natural Heritage Interpretation Centers» (ENHSDSf), включающий коллекции БС [Owens, Prior, 2003].
Промежуток между этими проектами и GEF занимают Глобальная таксономическая инициатива - GTI, Глобальная система информации по биоразнообразию - GBIF и некоторые другие проекты, менее значимые для БС.
Цель GTI состоит в том, чтобы ликвидировать или уменьшить таксономические проблемы, мешающие нормальному управлению биоразнообразием - пробелы знаний в нашей таксономической системе, нехватку подготовленных таксономистов и кураторов коллекций [Global Taxonomy Initiative - Background: Электронный ресурс]. GTI был образован Конференцией стран участников КБР, чтобы путем ликвидации недостатка таксономической информации и экспертизы улучшить принятие решений по сохранению, устойчивому использованию и равноправному разделению выгод, полученных от использования генетических ресурсов. GTI предназначен, чтобы поддержать выполнение программ работы КБР. GTI рассматривает таксономию применительно к потребностям КБР не как биологическую дисциплину, насыщенную неоднозначными подходами к проблеме систематизации биоразнообразия, а как инструмент для описания архитектуры биоразнообразия [Silva, 2001]. Развитие GTI должно опираться в т.ч. и на быстрый прогресс информационных технологий. Существует намерение создать электронный журнал, посвященный описаниям видов живых организмов. Прилагаются определенные усилия для создания единого банка данных в котором новые описания должны быть зарегистрированы после публикации. Безусловно, такие системы должны опираться на интенсивное внедрение таксономически ориентированных ИТ локального применения и на подготовку большого числа специалистов - биологов и таксономистов во всем мире. Столь большое внимание проблемам систематизации и определения живых организмов со стороны КБР определяется следующими факторами: необходимостью однозначной идентификации организмов, поддерживаемой коллекциями для сравнительного анализа; необходимостью использования точных научных названий и общепринятой классификации для понимания происхождения и систематических отношений между организмами; необходимостью полной инвентаризации видов и знания их географического распределения; необходимостью экологического мониторинга во взаимосвязи с местами обитания видов. Все эти знания делают возможным сохранять и использовать биоразнообразие более эффективно. Без таксономической основы это невозможно, т. к мы не сможем определить компоненты биоразнообразия. Необходимость GTI обусловлена еще и тем, что КБР сосредоточена на получении результатов на национальных уровнях, а таксономические проблемы имеют региональный или глобальный характер, выходящий за пределы отдельных государств.
Примером позитивного воздействия GTI является инициатива десяти южноафриканских стран (Ангола, Ботсвана, Лесото, Малави, Мозамбик, Намибия, Южная Африка, Свазиленд, Замбия, Зимбабве) реализующих единый проект SABONET (Южно-африканская ботаническая сеть), финансируемый GEF. Целью данного проекта является обобщение опыта таксономистов гербариев и БС этих стран [Willis et al., 1998]. GTI поддерживает участие крупнейших музеев, гербариев и БС Великобритании в развитии таксономической инфраструктуры в развивающихся странах [Department of Botany (ВМ), The NHM, London (UK), 2004: Электронный ресурс]. Нидерланды недавно открыли доступ к гербариям этой страны, предоставиив возможность получать цифровые изображения высокого разрешения по электронной почте [The Nationaal Herbarium Nederland (NHN), 2004: Электронный ресурс].
Как видно из содержания проектов, все они включают значительную информационно-технологическую компоненту. Приоритеты GTI отданы созданию информационных региональных сетей с предоставлением доступа к данным через Интернет в стандартном формате.
Развитые страны, располагающие хорошо определенными коллекциями и квалифицированными таксономистами, должны создать взаимосвязанные списки таксонов, библиографической информации, таксономически информативных изображений, что позволит национальным институтам решать сложнейшие таксономические проблемы и, тем самым, создать основу для сохранения богатейшего раститтельного мира на территории своих стран.
В июне 1999 г. Комитет ОЭСР для научной и технологической политики в Париже утвердил рекомендацию Форума Меганауки Организации экономического сотрудничества и развития (OECD Megascience Forum), создать Глобальную информационную службу по биоразнообразию (GBIF) [GBIF portal: Home, 2004: Электронный ресурс] с участием любой заинтересованной страны.
Цель создания GBIF состоит в том, чтобы проектировать, осуществлять, координировать, и продвигать обобщение, соединение, стандартизацию, перевод в цифровую форму и глобальное распространение данных по биоразнообразию. GBIF станет единой сетью БД по биоразнообразию и инструментам информационных технологий, которые позволят пользователям обрабатывать и анализировать обширные информационные ресурсы по биоразнообразию. GBIF опирается на сотрудничество с действующими программами и организациями, которые собирают, поддерживают и используют биологические информационные ресурсы [Lane, 2003].
Международная глобальная таксономическая сеть Bionet [BioNET-International, The Global Network for Taxonomy, 2004: Электронный ресурс], предназначена для создания механизмов научной, информационной и организационной поддержки, способствующих преодолению таксономических проблем в развивающихся странах [King, 2001]. В результате деятельности Bionet эти страны должны стать «таксономически самостоятельными», т.е. специалисты занимающиеся изучением и сохранением биоразнообразия должны приобрести навыки обнаружения, идентификации, классификации и описания живых организмов. В этих странах должна быть создана необходимая технологическая и научная инфраструктура. Сегодня, развивающиеся страны неспособны оплатить таксономические услуги и не имеют собственной базы для проведения аналогичных работ, в связи с этим, поддержка со стороны развитых стран финансируется через GEF. Причиной возникновения Bionet [King, 2001,] стало беспокойство за состояние биоразнообразия в развивающихся странах тропического региона, которые поддерживают национальные программы для устойчивого сельскохозяйственного развития, и не заинтересованы во вкладывании средств в сохранение окружающей среды. Интересы Bionet сосредоточены на помощи странам, выполняющим соглашения по охране окружающей среды, т.е. КБР [Convention on Biological Diversity, 2004: Электронный ресурс]. Bionet является одним из средств реализации положений GTI в развивающихся странах. Региональные сети Bionet (рис. 7) рассматриваются как структуры, с помощью которых могут быть осуществлены идеи КБР-GTI [Global Taxonomy Initiative -Background: Электронный ресурс]. Ряд таких сетей уже создан [The SAFRINET Home Page: Электронный ресурс] и успешно развивается. Данные сети организовывались преимущественно из стран участников региональных конференций по сохранению биоразнообразия, происходивших после принятия КБР, начиная с 1993 года. В настоящее время наиболее активно функционирует CARINET [Barrow, Avila Rostant, 2001; CARINET Home Page: Электронный ресурс] охватывающая страны Карибского моря.
Разработка принципов и критериев категорирования коллекций растений и Стандартизация структуры данных
Структуризация информации о биологических объектах обычно определяется задачей конкретных исследований во взаимосвязи с особенностями объекта исследований. В том случае, когда задачей является учет коллекций образцов растений, определяющую роль играет общепризнанное наименование растения и общие сведения об образце и его происхождении. Однако, генетические коллекции растений охватывают огромное их биоразнообразие. Например, только мировая коллекция растительных ресурсов ВНИИР в настоящее время составляет более 320 000 образцов культурных растений и диких их сородичей. Из них только в постоянном каталоге зарегистрировано около 260 000 образцов различных видов растений. Образцы одного вида (таксона) отличаются друг от друга, в первую очередь, по биологическим и морфологическим признакам: по габитусу растений, вегетационному периоду, устойчивости к болезням и вредителям, облиственности и формам листовой поверхности, отношением к температурам, свету, скорости прохождения фаз развития, к почвенным условиям произрастания и другим биолого-морфологическим особенностям [Инвентаризация коллекций национальных ресурсов., 2002]. Другим важнейшим критерием категорирования является полезность растений для человека и животных. На основании этого все растения отнесены к различным группам генетических ресурсов: зерновые культуры; технические культуры; прядильные; масличные; эфиромасличные; лекарственные и многие другие [Инвентаризация коллекций..., 2002]. Аналогичен принцип формирования генетических коллекций дикорастущих форм растений, которые для селекции культурных растений представляют большую ценность. Например, могут быть донорами признаков скороспелости, засухо- и морозоустойчивости, высоте и компактности растений, устойчивости к поражаемое болезнями и повреждаемости вредителями, качественных признаков к свойствам продукции и т.д. В генетических коллекциях важное место занимают образцы растений всех видов культур интродуцированных из различных почвенно-климатических зон земного шара, которые эффективно используются в селекции культурных и, в первую очередь, сельскохозяйственных растений для получения полезных биологических и морфологических их особенностей, повышения выхода и качества продукции.
При формировании генетических коллекций эти признаки рассматриваются в первую очередь. Подробная система категорирования разработана [Кузьмин, Зайцев, Сорокин, 1979] для коллекций БС в целях создания единой ИПС и включала 39 основных характеристик. Данный подход весьма эффективен, когда разрабочики систем категорирования, они же - разработчики ИПС, располагают всем комплексом требуемой информации. Однако, если источник информации отделен от ИПС (опытные станции ВНИИИР, отдельные БС) и не располагает необходимым опытом формирования БД, то получить столь значительный объем информации практически невозможно.
Ввиду огромного генетического разнообразия растений, их генетические коллекции формируются: по биологическим видам, родам, группам и, наконец, в их составе сортам, отличающихся по различным биолого-морфологическим и хозяйственным признакам и свойствам. В выше перечисленные группы растений (культур) входят около десятки тысяч селекционных сортов, наиболее ценные из которых, заносятся в государственный реестр районированных и охраняемых государством. Значительную ценность представляют дикие родичи культурных растений - генетически близкие к культурным растениям, входящие в один с ними род, потенциально пригодные для введения в культуру, участвующие в скрещиваниях или пригодные для этой цели в процессе получения новых сортов. Эти растения часто являются носителями различных ценных свойств устойчивости к болезням и вредителям, приспособленности к неблагоприятным условиям среды, которые могут быть использованы в селекции. Вместе с культурными растениями они входят в состав генетических растительных ресурсов и составляют основное, подлежащее изучению и охране, богатство страны. Целесообразно ранжировать виды каждого рода таких растений на 5 основных групп по значимости: вид представлен в культуре, имеет сорта; вид участвует в скрещиваниях, используется как подвой или источник генов; вид близкого родства (в одном подроде или в одной секции с культурным видом), перспективный для хозяйственного использования; другие полезные виды из этого рода, используемые человеком, в том числе в народной селекции (сортов нет); все остальные виды (виды дальнего родства) этого рода. В настоящее время, в связи с развитием биотехнологий, значимость такого дробления снижается в связи со снижением ограничений на создание трансгенных растений. Одновременно увеличивается значение сохранения растений в целом, как потенциального источника новых генов.
Как видно из вышеизложенного, специфика типов ботанических коллекций и стоящих перед ними задач определяет принципы категорирования в локальных системах учета. Такой подход неизбежно приводит к проблемам объединения информации, а зачастую, создает трудности и для учета коллекций на местах.
Непременным условием взаимопонимания между исследователями, в т.ч. и между ботаниками, лежат соглашения, устанавливающие общепринятую терминологию, принципы организации номенклатуры и другие стандарты. Эти понятия становятся еще болеее актуальными при создании локальных БД и информационных систем. Практически все стандарты, применяемые в рассматриваемых в данной работе системах, обобщены или разработаны TDWG. Стандарты данных должны быть применимыми к задачам пользователя, но и в этом случае обычно проходит достаточно значительный промежуток времени, необходимый для широкого обнародования и признания стандарта в качестве такового.
Международный формат передачи (данных) для БС (ITF) [The International Transfer Format for Botanic Garden Plant Records, 1987] обеспечивает механизм обмена информацией между БС. Первая версия опиралась на поля с фиксированной длиной, a ITF 2 [Wyse Jackson, 1997] учитывает поля с переменной длиной и включает намного более богатый набор данных. Более подробно этот стандарт, ключевой для систем регистрации, описан ниже. Международный стандарт обмена данными между гербариями - HISPID [Conn, 1996] находится в стадии разработки и базируется на утвержденных кодах гербариев мира [Holmgren, Holmgren, Barnett, 1990; Administrative Tools Module: Электронный ресурс; Index Herbariorum: Электронный ресурс]. Мировая географическая схема регистрации растений (BRU) вводит числовую индексацию для всех стран мира. Ряд стандартов обобщен TDWG [Hollis, Brummitt, 1992]. Схема регистрации распределения растений обеспечивает механизм для описания отношений между растением и местом (POSS) [Leon, Mackinder, Rooney, Synge, 1995; Plant occurrence and status scheme: Электронный ресурс]. TDWG в качестве стандарта флористического деления мира признает работу А.Л.Тахтаджяна [Takhtajan, 1986]. Правила номенклатуры определяют минимальный набор полей необходимый для формирования научного названия растения. F.Bisby [Bisby, 1995; Plant Names in: Электронный ресурс] подготовил стандарт TDWG описывающий порядок ввода данных о наименованиях растений. По ряду параметров стандарт перекрывается с ITF и HISPID. Названия семейств рекомендуется давать по J.Reveal [Hoogland, Reveal, 1993] и его базам данным описанным выше. Стандартом признаются сокращения для 29694 авторов научных названий растений [Bnimmitt, Powell, 1992]. Список из приблизительно 24000 родов и 533 семейств сосудистых растений [Brummitt, 1992] может использоваться в качеств базы для ускорения и корректного написания этих названий. Однако не существует идеальной базы названий семейств и родов в связи с отсутствием общепринятой системы и постоянными изменениями в систематике растений. Для стандартизации библиографических описаний принято использовать ряд основных взаимодополняющих стандартов [Lawrence et al., 1968; Bridson, Smith, 1991; Stafleu, Cowan, 1976].
