Формализованное описание жизненного цикла трематоды Echinoparyphium aconiatum.
Figure. The formalized description of Trematoda Echinoparyphium aconiatum life cycle.
Координаторы: акад. Шумный В. К., акад. Шокин Ю. И.
Исполнители: ИЦиГ, ИБФ, ИСиЭЖ, ИВТ, ЛИН, ЦСБС, ИВМиМГ,
ИЛ, ИПА СО РАН, НГУ, ЮНИИИТ
Разработана система понятий, характеризующих биоразнообразие, описана ее вертикальная и горизонтальная структура для трех главных уровней организации живой материи: организменно-клеточного (включая генетический), популяционно-видового и экосистемного. На основе предлагаемой системы основных и дополнительных понятий и терминов, а также описанных форматов данных, характеризующих объекты биоразнообразия, создана информационная модель данной предметной области, позволяющая описывать с использованием современных вычислительных технологий закономерности биологического разнообразия на разных уровнях организации живой материи. Как результат, на высшем уровне биоразнообразия — экосистемном — информационная модель обеспечивает представление об экосистеме как о целостном явлении, благодаря созданному единому информационному пространству между ее компонентами, элементами, подсистемами, а также внешними условиями, что реально позволяет объединить существующие в настоящее время данные в области зоологии, ботаники, почвоведения, лесоведения для решения теоретических и прикладных задач, связанных с познанием механизмов функционирования биоты в целом и путей ее рационального использования.
Создание электронных библиотек по биоразнообразию животного и растительного мира Сибири направлено на организацию широкого доступа к разнообразной информации о животных, растениях и их сообществах через сеть Интернет и обеспечение новых форм хранения, поиска и презентации эколого-биологической информации для активной совместной работы исследователей — биологов и экологов.
Целью работы была разработка комплексной технологии для интеграции информационных и программных ресурсов. Информационная система предназначена для хранения и актуализации информации по биоразнообразию; оперативного доступа к этой информации; комплексного анализа. Информационная система доступна через Интернет с использованием различных сетевых протоколов и методов доступа. Отработана технология объединения этих ресурсов, обеспечивающая эффективный комплексный поиск и анализ информации в коллекциях разнородных объектов.
Электронные библиотеки и базы данных разрабатываются в виде распределенной информационной системы, которая наполняется на основе уникальных коллекций, созданных в биологических институтах СО РАН. Разработаны концепция и структура необходимого программного комплекса электронной библиотеки и осуществлена его реализация.
На основе предлагаемой концепции и разработанного программного обеспечения созданы следующие базы данных и информационные ресурсы:
Экосистемный уровень биоразнообразия
Видовой уровень разнообразия
Популяционно-генетический
уровень разнообразия
а. Изогенные линии пшениц
http://www-sbras.nsc.ru/win/elbib/atlas/Isogen
b. Моносомные линии пшеницы и линии, созданные на их основе
i. Дителосомные линии пшеницы: http://www-sbras.nsc.ru/win/elbib/atlas/Ditelo/
ii. Межсортовые замещенные линии пшеницы: http://www-sbras.nsc.ru/win/elbib/atlas/Substitution/
Подобного типа работа делается впервые в мире, и у нее пока не существует аналогов ни у нас в стране, ни за рубежом. Разработанная технология позволяет оперативно управлять и актуализировать информацию, хранящуюся в разнородных и распределенных по сети базах данных, организовать гибкий поиск, создать достаточно удобный интерфейс для ее наполнения и актуализации. В рамках данного проекта разработана и функционирует пилотная версия автоматизированной системы формирования и актуализации коллекций биологических публикаций.
Создана экспертно-аналитическая ГИС “Биоразнообразие и динамика экосистем Сибири”, включающая серию тематических баз данных, описывающих биоразнообразие в геоботанике, лесоведении, почвоведении и зоологии: “БД геоботанических описаний”, “БД типов растительных сообществ”, “БД пространственных единиц растительности — карта растительных сообществ”, “БД почвенных разрезов”, “БД типов почв”, “БД пространственных единиц почвенного покрова — почвенная карта”, “экологическая база данных”, база данных по животному населению, а также серию мелкомасштабных тематических электронных карт экосистемного разнообразия: “Растительность Западно-Сибирской равнины” в масштабе 1 : 1 500 000, тематические карты животного населения Западно-Сибирской равнины, карты растительности и почв в масштабе 1 : 100 000 на ключевые территории ХМАО (Октябрьский и Сургутский районы), карта лесорастительных условий ключевого участка в лесотундре (Красноярский край). Тематические базы данных и тематические электронные карты связаны на всех уровнях классификаторами типов растительности и почв, а также классификаторами стандартных характеристик условий экотопа географического распространения и максимально характеризуют экосистемное разнообразие территории среднего и мелкого масштаба. На основе связанной атрибутивной информации баз данных, классификаторов типов растительных сообществ, геоморфологических подразделений и типов почв, а также дешифрированных данных дистанционного зондирования построена серия картографических прогнозных моделей динамики растительности и почвенного покрова ключевых полигонов.
Разработаны методы математического моделирования динамики пространственно-распределенных экосистем на примере пространственно-распределенной экосистемы, образованной микробными сообществами оз. Шира (цианобактериями, зоопланктоном, серными, пурпурными, зелеными серными, сульфатредуцирующими бактериями). Показано, что в верхних слоях воды в этой экосистеме идут процессы аэробного метаболизма, обусловленные цианобактериями, в нижних слоях — анаэробные процессы, связанные с метаболизмом серы. В данном случае на сложность экосети накладывается неоднородность протекания процессов в различных частях экосистемы. Математическое моделирование показало хорошее соответствие результатов расчетов с экспериментальными данными. Исследованы механизмы поддержания биотического круговорота вещества в надорганизменных системах. Показана принципиальная роль регулирующих факторов в поддержании вертикальной структуры экосистем.
Разработана объектно-ориентированная технология EcoNet для конструирования структурно-функциональных схем экосетей, описывающих структурно-функциональную организацию и динамику экосистем и многолетних жизненных циклов популяций (см. рисунок). Метод основан на описании элементарных структур и событий в экосистемах. Он позволяет строить сети событий, значимых для функционирования экосистем, и на этой основе математические модели динамики экосетей.
|
|
Формализованное описание жизненного цикла трематоды Echinoparyphium aconiatum. Figure. The formalized description of Trematoda Echinoparyphium aconiatum life cycle. |
Теоретически исследованы механизмы видообразования при отсутствии географической изоляции и контрастных экологических условий, на примере литоральной зоны Байкала. В модель вводится фактор видообразования, повышающий суммарную приспособленность популяции за счет генетической дивергенции. Приспособленность потомка зависит от генетического расстояния между родителями: она низка на малых (инбредная депрессия) и на больших (аутбредная депрессия) расстояниях. Расчеты показывают, что этих предположений достаточно для описания процессов видообразования. Существенно, что устойчивый процесс видообразования начинается именно тогда, когда весь ареал жизнеобитания оказывается заселен. Разработанные математические модели позволяют исследовать механизмы парапатрического, симпатрического и аллопатрического видообразования.
В рамках проекта подготовлено 16 баз данных и электронных библиотек по биоразнообразию растительного и животного мира Сибири, опубликованы 192 научных работы. Готовится к публикации коллективная монография “Фундаментальные проблемы биоразнообразия и динамики экосистем”.
Список основных публикаций
 Оглавление |
Далее 
|