Проблема потери информации при исследовании биоразнообразия водных экосистем
УДК 574.5
М. О. Сон
Одесский филиал Института биологии южных морей им. А. О. Ковалевского НАНУ,
Одесса, Украина, michail.son@gmail.com
INFORMATION LOSS PROBLEM IN STUDYING
BIODIVERSITY OF AQUATIC ECOSYSTEMS
M. O. Son
Odessa Branch of Institute of Biology of the Southern Seas, NASU, Odessa, Ukraine,
michail.son@gmail.com
На современном этапе изучения биологического разнообразия наука столкнулась с проблемой потери информации при использовании стандартных методов изучения биоты. Как правило, изучение биоразнообразия дифференцируется с помощью различных искусственных критериев: таксономического (водоросли, млекопитающие, насекомые), типологического (наземная биота, макробентос) или одновременно с помощью обоих этих критериев (гидрофауна, наземные моллюски, фитобентос). Любая таксономическая специализация приводит к потере информации о представителях таксономических групп, не имеющих соответствующих специалистов в изучаемом регионе. Любая «типологическая» специализация приводит к потере информации о представителях специфических типологических групп. Отказ от специализации или попытка разделить изучение биоты на небольшое количество специальностей приводит к необходимости унификации процессов полевой части исследования биоразнообразия: выработки единых методик сбора, учета, фиксации, этикетирования и транспортировки материала. Это также ведет к потере информации о биоразнообразии на различных этапах исследования. Такой процесс ярче всего выражен в гидробиологических исследованиях, где одновременное исследование всех таксонов более распространено, чем в исследовании биоразнообразия суши. Ниже мы рассмотрим последствия стандартизации полевых методик.
Нами не рассматриваются методики изучения биоразнообразия, не предусматривающие изъятия организмов из природного окружения и его дальнейшего коллекционного хранения (например, прижизненная идентификация или ликвидация материала после обработки). Использование таких методик оправдывается рядом технических причин, но эти причины не имеют отношение к целям и задачам науки, а корректность использования полученной таким образом информации спорна.
Можно выделить ряд этапов потери информации о биоразнообразии, таких как сбор, фиксация (умерщвление), учет, транспортировка, камеральная обработка и хранение материала.
Потеря информации при сборе материала неизбежна, так как ее носителем является каждый отдельно взятый организм. Избегнуть потери информации на этом этапе возможно исключительно путем изъятия из окружающей среды всей биоты изучаемого биотопа, то есть его полного уничтожения (здесь и далее мы не будем касаться этических проблем, связанных с изучением биоразнообразия). Идеальное приближение к такому исследованию возможно при изучении небольших биотопов. В любом другом случае, мы теряем часть информации в виде неизъятых организмов. Учитывая невозможность изучения всей биоты, нам приходится проводить изучение лишь части организмов. Эти организмы должны демонстрировать весь спектр видового разнообразия изучаемой биоты (а при надобности – численные соотношения таксономических и типологических форм). Именно этот круг вопросов и объединяется понятием «биоразнообразие».
Для сбора большинства таксономических групп необходимо применение специфических методик либо модификаций общепринятых методик. Любая стандартизация орудий лова ведет к упрощению количественного сравнения результатов различных исследований и к снижению уловистости (а значит информации о биоразнообразии). При этом количественные результаты все равно будут отражать лишь особенности данного метода и различно соотноситься с реальными данными для различных таксономических или типологических групп. Существует много случаев, когда организм может быть отловлен исключительно путем применения специфических методик.
Не менее важной причиной потери информации при стандартизации методик сбора является игнорирование специфических местообитаний, ведущее к потере части таксономической информации и почти полной утрате информативности количественной информации, так как плотность поселения организмов в различных местообитаниях у разных видов будет различаться неодинаково. Некоторые же виды будут присутствовать лишь в специфичных для них местообитаниях.
Существенна потеря информации при умерщвлении и фиксации материала. Стандартизация видов фиксаторов и их концентраций приводит к невозможности идентификации многих групп организмов, например невозможность анатомирования ряда таксонов моллюсков и платод при любой фиксации или умерщвлении в полевых условиях, большинства беспозвоночных при фиксации формалином, утрата цветовых характеристик при фиксации спиртом и важной для диагностики конформации органов при фиксации формалином пиявок. Кроме того, многие организмы требуют индивидуальных концентраций фиксатора. Например, у стрекоз эта специфичность доходит до групп родового ранга. Для анатомирования некоторых групп организмов играет роль прижизненный или посмертный характер фиксации; положение тела и расслабленность мышц во время фиксации. Для организмов, отдельные части которых следует хранить в виде различного типа препаратов, существуют сложные системы умерщвления и фиксации. Для большинства организмов, хранящихся в виде сухих препаратов, методики умерщвления и фиксации строго индивидуальны, а стандартные методики фиксации приводят к утрате материала. При изучении организмов, идентификация которых основана не на внешнеморфологических или анатомических, а на цитоморфологических или хемотаксономических методах, любые отступления от специфических методик умерщвления и фиксации, как правило, ведут к полной потере информации. Сбор, учет, умерщвление и фиксация материала должны быть унифицированы, если коллектором различных систематических групп является один и тот же специалист. В полевых условиях изучение всех типов биотопов экосистемы, применение индивидуальных методов сбора, учета, фиксации и умерщвления материала для организмов различных таксономических групп практически невозможно.
Потери информации на этих стадиях транспортировки материала, камеральной обработки и хранении материала связаны в первую очередь с порчей и утратой материала, связанными с человеческим фактором или несовершенством методик. Как правило, их можно избежать, за исключением случаев, когда для идентификации необходимо параллельное применение взаимно исключающих друг друга методик: например изучение и хранение как в сухом, так и в фиксированном виде или изучение как внутренней структуры, так и неповрежденной внешней.
Если добавить к вышеперечисленным источникам потери информации то, что один специалист, естественно, не может быть в равной мере компетентен в вопросах систематики и идентификации, проблемах камеральной обработки, анатомирования и хранения различных групп организмов, можно оценить результаты стандартизации гидробиологического исследования, как недостоверность информации о биоразнообразии. Притом, что главной целью стандартизации методов является упрощение сравнения и анализа данных, она же на практике приводит к утрате основных пригодных к сравнению и анализу данных. В результате из биотической составляющей экосистемы для исследования можно использовать только приблизительный макротаксономический состав, численные и энергетические показатели таксономических групп высоких рангов, а также данные о легко улавливаемых и идентифицируемых видах с высокой численностью и встречаемостью в экосистеме. Таким образом, «целостность» исследования обеспечивается его неточностью и поверхностностью, что придает ему наукообразность, но лишает его познавательной ценности.
Zoocenosis — 2007
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали ІV Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Вид-во ДНУ, 2007. – С. 111-113.