<<< www.interlibrary.narod.ru

УДК 577.4.578.081.1

Аннотация

 Николай Александрович Козырев наметил пути создания обобщающей теории времени, которая, может, будет создана его последователями в ХХI веке. Он писал "... свойства времени должны иметь особенное значение в биологических процессах..." В работе предлагаются соображения относительно существования живых систем в потоке времени, которые если не являются прямым развитием идей Козырева, то в значительной мере стимулированы его работами.

Abstract

Professor Nikolai Kozyrev (1908 - 1983) worked toward general theory of time as physical phenomena. Foundation of such a theory is problem of 21 centure science. He suggested that characters of time have a big importance for biological systems. The aim of the artice is considering of interaction between living systems and stream of time basing of scientific suggestions by prof. Kozyrev.

Введение

Николай Александрович Козырев посвятил свою жизнь изучению феномена времени и попытке систематизировать знания об этом феномене как физической субстанции. Общепризнанной и законченной теории времени он не создал. Уровень науки ХХ века не позволил такой теории появиться на свет. Николай Александрович лишь наметил пути создания обобщающей теории, которая, может, будет создана его последователями в ХХI веке. Козырев не обладал специальными биологическими познаниями, однако, обладая широтой мышления истинного Ученого, он понял значение биологической науки в изучении и осмысления феномена времени. В одной из своих работ он писал "... свойства времени должны иметь особенное значение в биологических процессах... Его течение и свойства связывают весь мир в единое целое и могут осуществлять воздействие друг на друга явлений, между которыми нет прямых материальных связей, что может объяснить факты взаимодействия биологических объектов, находящихся на удалении и изолированных друг от друга." [Козырев, 1991, с. 384].

Понимая, что феномен времени не может изучаться в рамках одной физики, Козырев поддерживал долгие и плодотворные контакты с представителями биологических и гуманитарных наук. В 1979 г он выступил с серией лекций о проблеме времени в Петрозаводске на всесоюзной школе по Теоретической биологии. Эти выступления дали толчок для целой серии исследований, в частности, и автора настоящей статьи.

Ниже я предлагаю свои соображения относительно существования живых систем в потоке времени, которые если не являются прямым развитием идей Козырева, то в значительной мере стимулированы его работами.

Методологические подходы к анализу циклических процессов в природе

Важнейший абиотический фактор, физическая природа которого до  сих пор не ясна - время. Биосфера постоянно находится в его потоке. Взаимоотношения между потоком времени и жизнью изучает несколько разделов экологии.

Биоритмология - (от греч."ритмос"- размерность) - раздел биологической физики и экологии, изучающий циклические, повторяющиеся процессы в биологических системах различного уровня организации, от биосферного до молекулярного. Хронобиология - (от греч. "хронос"- время) - часто рассматривается как синоним термина "биоритмология". Однако, некоторые авторы все же разделяют эти науки. [Реймерс, 1991] Хронобиологию можно рассматривать как науку о развитии биологических процессов во времени с учетом как повторяющихся, так и неповторяющихся процессов.

Природе свойственны   колебательные, или  циклические  процессы. Их изучает раздел экологии, называемый биоритмологией. Бывают ритмы  суточные, или циркадные, годовые, многолетние. Подчас циклические процессы, вызванные космическими и глобальными факторами,  больше  влияют  на  природу, чем человек. Недопонимание этого обстоятельства  приводит к неверным прогнозам и далеко идущим неблагоприятным социальным последствиям. Многие явления в окружающей мире, рассматриваемые как деструктивные – например, глобальное потепление 2-й половины 20 века, утоньшение озонового слоя, по сути, являются проявление глобальной и космической циклики и являются обратимыми. В связи с этим, объективный прогноз требует охвата научными методами отрезка времени большего, чем один период повторяющейся компоненты процесса [Сапунов Б.В., Сапунов В.Б., 1994].  Нигде единство природы и универсальность ее законов не проявляются так ярко, как в колебательных, или волновых процессах. Они затрагивают самые разные стороны жизнедеятельности живых систем всех уровней организации и подчас имеют сходное математическое описание.

Суточные ритмы  в  основном, определяются скоростью вращения Земли, что зрительно воспринимается, как движение Солнца по небосводу. Годовые ритмы определяются фотопериодом, т.е. регулярно, из года в года повторяющимся изменением длины светового дня. Как показал Александр Леонидович Чижевский [1995] - основатель такого важного раздела экологии как гелиобиология - солнечная  активность  из  года в год меняется, и это серьезно влияет на все живые организмы  на  Земле. Вспышки  размножения многих насекомых, микроорганизмов, растений, точно совпадают со вспышками солнечной активности. Влияют эти вспышки и на социальные процессы. Войны и революции обычно приходятся на  периоды повышенной солнечной активности. Недавно была предпринята попытка связать циклические процессы размножения планктона с периодическими колебаниями геомагнитного поля Земли  [Девяткин, Клайн, Шихова, 2004].  Как показал великий русский ученый - Николай  Дмитриевич  Кондратьев [1991], циклические процессы  в  равной степени свойственны неживой, живой и социальной природе.

Циклические процессы могут вызываться системными взаимоотношеними между хищниками и их жертвами, паразитами и их хозяевами и т.д. Графически динамика размножения организмов в таких колебательных системах описывается синусоидой,  хотя в ряде случаев она бывает не совсем правильной. К этой неправильности мы вернемся ниже.

Фенология

Современное народное хозяйство не может функционировать без постоянного экологического мониторинга и регулярного составления обоснованных экологических прогнозов для нужд рационального природопользования и профилактической медицины. Традиционные методы мониторинга предусматривают измерения многих показателей состояния окружающей среды, использование авиационной, космической и другой сложной техники. Вместе с тем уровень современных научных разработок в области экологии таков, что позволяет получать значимые данные о состоянии окружающей среды относительно несложными и дешевыми методами. Среди них важное место занимают фенологические наблюдения.

Термин “фенология” произошёл от греческих слов “файно” - явление и “логос” - наука. Во-первых, фенология, это совокупность знаний о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки, Во-вторых, фенология - раздел популяционной экологии, рассматривающий сезонные аспекты жизни вида (различают, например, фенологии берёзы, волка, двуточечной божьей коровки т.д.). В третьих, это раздел фенетики, изучающий периодичность появления фенов - т.е. дискретных единиц фенотипа.

Фенология имеет два корня. Первый - это народные приметы и наблюдения, вобравшие в себя многовековый опыт общения с природой. Второй - современная экологическая наука. Фиксация времени наступления тех или иных в живой и неживой природе позволяет оценивать состояние природной среды и делать научно обоснованные прогнозы. Фенологические наблюдения могут осуществляться людьми, не имеющими специального научного образования, в том числе школьниками. Их можно выполнять,  используя возможности детских экологических центров, станций юных натуралистов, охотничьих хозяйств и т.д.

 Совокупность данных, имеющихся в распоряжении сотрудников экологических учреждений системы Российской Академии наук, высшего образования и Росгидромета, их профессиональная квалификация, позволяет извлечь максимум информации из совокупности данных фенологических наблюдений с целями:

1. Предсказать основные климатические показатели (температура, осадки) на ближайшие месяцы.

2. Предсказать непериодические явления в природе, такие как наводнения, землетрясения т.д.

3. Составить прогноз в отношении динамики численности популяций диких животных и растений.

4. Оценить уровень антропогенной нагрузки на природные экологические системы.

При этом точность прогнозов и оценок может быть не ниже, чем в случае использования традиционных методов мониторинга.

В условиях современного экономического кризиса и недостатка финансирования регулярные фенологические наблюдения, не требующие больших затрат, могут стать важным подспорьем в экологическом мониторинге.

Понятие хроноизменчивости

Хронобиология, добившись больших успехов в деле изучения организации биологических процессов во времени, сохранила ряд белых пятен. Одно из них - анализ изменчивости временных параметров развития и эволюции систем. Предлагаю называть это явление "хроноизменчивость". Биолого-экологический аспект хроноизменчивости, о котором в дальнейшем будет идти речь - изменчивость длительности протекания биологических процессов. Речь идет о процессах физиологических, онтогенетических и филогенетических. Изменчивости подвержены все временные характеристики организмов. Известно, что физиологические параметры (например, время необходимое для переваривания определенного количества пищи, для формирования яйца и т.д.), онтогенетические (скорость взросления, полового созревания, старения), филогенетические (скорость адаптации популяции к новым пестицидам) проходят в течении определенного времени, но это время подвержено вариации, или изменчивости.

Введение и использование понятия "хроноизменчивость" требует указания подходов к созданию системы классификации форм хроноизменчивости. Всякую биологическую изменчивость, как категорию, принято делить на наследственную и ненаследственную, количественную и качественную. Взяв за основу такую классификационную систему, выделим четыре основные формы хроноизменчивости:

1.Наследственная количественная. Отражает естественные колебания сроков развития в популяции, находящейся в стабильной, благоприятной среде. Подчинена распределению Гаусса и соответствует стандартным показателям изменчивости в стабильной популяции. Коэффициент вариации составляет 10% от количественного показателя в единицах времени срока онтогенетического или физиологического процесса. Пример - распределение группы людей по скорости полового созревания.

2.Наследственная качественная. Находит выражение в наличии у популяции (и в виде в целом) нескольких морф, качественно различающихся по срокам протекания того или иного биологического процесса. Пример - распределение диких популяций раков на две морфы - быстро растущих и медленно (так называемые "тугорослики") [Федотов,1993].

3.Ненаследственная количественная. Отражает повышение степени хроноизменчивости в неблагоприятных условиях, когда среднее значение в популяции остается неизменным, а показатели вариации: ошибка, среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации - возрастают. Например, в экстремальных условиях - скажем при боевых действиях сразу выявляется прежде скрытая изменчивость по умению адаптироваться к таким условиям и соответственно  появляется исключительное разнообразие по срокам дальнейшей жизни для солдата.

4.Ненаследственная качественная. Отражает появление под действием внешних воздействий в популяции, без ее генетической перестройки, принципиально новых хрономорф. Например, распределение популяции при перенесении ее в новые условия на особей, быстро достигающих половозрелости и медленно.

Большинству природных популяций свойственен стандартный уровень коэффициента вариации по любому признаку, в том числе связанному со сроками протекания процессов в пределах 4 - 7 % [Черепанов,1986]. Такие значение стабильны как для самцов, так и самок, а так же для партеногенетических популяций, состоящих из девственных самок.  В неблагоприятных условиях коэффициент вариации может возрасти сначала у самцов, потом у самок в 1.5 - 3 раза [Сапунов, 1984].

Для иллюстрации приводим показатели изменчивости по срокам продолжительности эмбриональных стадий жизненного цикла в норме и в стрессовых условиях у насекомых - таблица. В отношении такого изученного организма, как дрозофил (Drosophila melanogaster) в литературе имеется лишь указания, что эмбриогенез длится 20 часов, без указания на изменчивость этого параметра (Медведев, 1969 и др.). В действительности, как показали наши опыты [Sapunov, Legkov, 1995], Это значение варьирует от 12 до 32 часов, причем в стрессовых условиях коэффициент вариации возрастает. Существенно, что в количественном отношении изменчивости как по морфологическим, так и хронобиологическим показателям, описывается близкими значениями.

Таблица. Хроноизменчичвость насекомых (по длительности периода эмбриогенеза)

Заключение

 В заключении отметим, что время для живых систем является абиотическим компонентом окружающей среды. Взаимоотношения живых систем с потоком времени могут быть описаны в терминах экологии и физики времени, раздела науки, заложенного трудами Н.А.Козырева. Объективный прогноз требует охвата научными методами времени большего, чем один период повторяющейся компоненты процесса. При этом существенно, что периоды повторяющихся процессов подвержены изменчивости. Это явление предложено назвать хроноизменчивостью.

Литература

1.   Девяткин В.Г., Клайн Б.И., Шихова Н.М. О связи некоторых характеристик экосистем Рыбинского водохранилища с активностью геомагнитного поля Замли // Биология внутренних вод, 2004, №2, с. 53 - 60.

2.   Кондратьев Н.Д. Основные проблемы экономической статики и динамики. М., Наука, 1991.

3.   Козырев Н.А. Избранные труды. Л., изд. ЛГУ, 1991.

4.   Медведев Н.Н. Практическая генетика. М., Изд. АН СССР, 1969.

5.   Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. М., Наука, 1991.

6.   Сапунов Б.В., Сапунов В.Б. Формы развития природных процессов во времени и их отражение в биологии и русской иконописи // Циклические процессы в природе и обществе. Вып.2. Изд. Ставропольского университета, Ставрополь, 1994, с. 90 - 92.

7.   Сапунов В.Б. О возможности количественной оценки направления микроэволюционного процесса на основе краткосрочного анализа популяции // Биологические науки, 1988, 4, с. 62 - 68.

8.   Федотов В.П. Разведения раков, С-Пб, Биосвязь, 1993.

9.   Черепанов В.В. Эволюционная изменчивость водных и наземных животных. Новосибирск, Наука, 1986.

10. Чижевский А.Л. Космический пульс жизни. М., Мысль, 1995.

11. Legkov V.V., Krasavina L.P., Sapunov V.B. The control of fecundity of aphids Megoura viciae at population level//VI Eur. Congr.Entomol., Ac Sci Czech Rep. 1998. p.237.

12. Sapunov V.B., Legkov V.V. Effect of ultrasonic treatment on development of Drosophila eggs. Insects: chemical, physiological and environmental aspects. Wroclaw, Wroclaw University, 1995. P.333-337.