Однако при том, что синтетическая теория эволюции успешно применялась для количественного описания эволюционных процессов и динамики популяций, в ходе полевых наблюдений был обнаружен ряд явлений, которые не поддаются объяснению в рамках указанной парадигмы. Так, используя обычный аппарат динамики популяций и известные из физиологии оценки колебаний скорости размножения в зависимости от внешних факторов, невозможно объяснить, как слабые космо- и геофизические колебания, вызываемые 11-летними изменениями солнечной активности, способны индуцировать 30 90%-е колебания численности популяций некоторых рыб, насекомых и др. Другим труднообъяснимым феноменом являются спонтанное с точки зрения обычной теории популяций резкое увеличение численности некоторых насекомых, грызунов и т.д. Из этого же ряда, вероятно, и феномен, известный как мода на мутации . В последние два десятилетия после работ Р.Мэя [1], существо которых будет рассмотрено ниже, для объяснения упомянутых явлений привлекают идеи и методы теории детерминированного хаоса.
В рамках этой парадигмы развивалась также и теория биологической эволюции, в частности синтетическая. Изменчивость как фактор эволюции характеризовалась вероятностными характеристиками, колебания численности популяций (другой выделяемый фактор эволюции волны жизни ) описывались дифференциальными уравнениями типа уравнений Вольтерра-Лотки, естественный отбор дифференциальными уравнениями Фишера, дрейф генов вероятностными уравнениями.
До этого открытия казалось, что детерминированность и хаос (представления о которых суть противоположные и взаимно дополняющие категории, описывающие соответственно предсказуемое, упорядоченное и непредсказуемое, случайное, стохастическое поведение) свойственны системам существенно различной природы. Детерминированность связывалась, как правило, с малым числом степеней свободы у описываемых объектов, хаотическое же поведение a priori ожидалось у систем с бесконечным числом независимых степеней свободы. Для детерминированных систем адекватным способом описания предполагалось использование дифференциальных или разностных уравнений, соответственно для предсказания поведения стохастических систем применялся аппарат теории вероятностей.
Феномен детерминированного (динамического) хаоса, т.е. проявление хаотического поведения в динамических системах с малым числом степеней свободы, стал активно изучаться физиками и математиками в 60-е годы, ему посвящены работы А.Н.Колмогорова, В.И.Арнольда, Дж.Мозера, В.К.Мельникова, Б.В.Чирикова и др. Проявление взаимоисключающих типов поведения в одной и той же динамической системе явилось одним из удивительных и неожиданных открытий.
В статье рассматривается роль представления о детерминированном хаосе в экологии и теории биологической эволюции. На примере динамики популяций с неперекрывающимися поколениями показаны нелинейные эффекты хаотизации, влияющие на протекание микроэволюционных процессов. Отмечена роль детерминированного хаоса как фильтра редких мутаций. Обсуждается резонансная дестохастизация поведения популяций как механизм реализации солнечно-биосферных связей и синхронизации динамики экосистем. Демонстрируется обязательность смены динамических режимов в ходе отбора в популяциях с неперекрывающимися поколениями и рассматриваются возникающие вследствие этого различные эволюционные стратегии.
Е.В.Евдокимов, А.В.Шаповалов
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЙ ХАОС КАК ФАКТОР
НАЧАЛА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЛОСОФИИ:
Комментариев нет:
Отправить комментарий