Изучение видовой структуры и таксономического разнообразия рецентных и ископаемых сообществ мелких млекопитающих с позиций принципа самоподобия

Диссертация

Автор: Солнцев, Леонид Аркадьевич

Название: Изучение видовой структуры и таксономического разнообразия рецентных и ископаемых сообществ мелких млекопитающих с позиций принципа самоподобия

Справка: Солнцев, Леонид Аркадьевич. Изучение видовой структуры и таксономического разнообразия рецентных и ископаемых сообществ мелких млекопитающих с позиций принципа самоподобия : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.16 / Солнцев Леонид Аркадьевич; [Место защиты: Нижегор. гос. ун-т им. Н.И. Лобачевского] - Нижний Новгород, 2009 - Количество страниц: 107 с. ил. Нижний Новгород, 2009 107 c. :

Объем: 107 стр.

Информация: Нижний Новгород, 2009

Введение:

Актуальность проблемы Экспансия идей и методов фрактальной геометрии в различные области знаний явилась визитной карточкой рубежа столетий Как и всякая новация, фрактальная геометрия имеет своих апологетов, развивающих идеи Б Мандельброта (2002) в острой полемике с оппонентами, для которых фрактальный формализм, в лучшем случае, дань моде Концепции фрактала и самоподобия находят широкое применение в физике, геологии, теории динамических систем, биологии, даже в общественных науках (например, в экономике) Не явилась исключением в этом плане и экология (Иудин, 2006; Азовский и др, 2007; Kunin, 1998; Harte et al, 1999; Azovsky et al, 2000; He, Gaston, 2000; Witte, Torfs, 2003; Hartley et al, 2004 и др)

Подробный анализ основных этапов процесса проникновения в экологию теории фракталов на основе монофрактального формализма проведен в работах ДБГелашвили и соавт (2004, 2007) Естественным развитием этих представлений стал переход к мультифрактальному анализу (Иудин, Гелашвили, 2002; Иудин и др, 2003; Гелашвили и др, 2004; 2008; Borda-de-Agua et al, 2002; ludin, Gelashvily, 2003; Zhang et al, 2006)

Применение мультифрактального формализма позволяет перейти от качественного описания пространственной и видовой (в терминах видового богатства) структуры сообщества к количественным (в терминах видового разнообразия) характеристикам Подробная разработка применения мультифрактального анализа для описания видовой структуры биологического сообщества, а также эмпирическая верификация такого подхода на материале самых различных сообществ представляется актуальной задачей современной теоретической экологии

Мультифрактальный формализм был успешно применен при анализе видовой структуры сообществ беспозвоночных и позвоночных организмов как водных, так и наземных экосистем (Иудин, Гелашвили, 2002; Иудин и др, 2003; Гелашвили и др, 2004, 2006; Якимов, 2008; Гелашвили,2008; Yakimov et al, 2008)

Поскольку ранее основные результаты были получены на примерах рецентных свободноживущих организмов, в настоящее время «точками роста» развиваемой фрактальной теории видовой структуры сообществ, по нашему мнению, являются фрактальные аспекты структуры ископаемых сообществ Исследования в данной области позволят позиционировать мультифрактальный анализ как инструмент для исследования палеонтологических данных С нашей точки зрения, развитие методологии применения мультифрактального анализа может помочь в рамках решения вопроса о формах и путях формирования адаптации организмов к условиям среды в геологическом прошлом Подробно этот вопрос и пути его решения рассмотрены в ряде специальных работ (Красилов, 1994; Смирнов, 2007; Фадеева, Смирнов, 2008; Марков, 2002,2003, 2007; Маркова, 2008; Agadjanian, 1996) Подобные-результаты послужат также дополнительными доказательствами того, что самоподобие можно рассматривать как один из фундаментальных законов развития и функционирования материального мира (Шредер, 2001) Кроме того, важное значение представляет рассмотрение вопроса о самоподобии таксономического разнообразия, впервые поставленные Burlando (1990, 1993) Наконец, остаются нерешенными некоторые ключевые вопросы диагностики и описания мультифрактального спектра Эти проблемы и предопределили цель и задачи нашего исследования

Цель исследования Теоретическое обоснование и эмпирическая верификация возможностей применения мультифрактального анализа для изучения видовой структура и таксономического разнообразия рецентных и ископаемых сообществ мелких млекопитающих

Задачи исследования 1 Разработать алгоритм статистической процедуры пропедевтики исходных данных для целей мультифрактального анализа

2 Обосновать возможность оценки статистических различий между мультифрактальными спектрами с помощью модифицированного t-критерия Стьюдента с использованием обобщенной информационной размерности Z);

3 Провести мультифрактальный анализ видовой структуры рецептных сообществ мелких млекопитающих на примере Нижегородского Поволжья

4 Провести мультифрактальный анализ видовой структуры ископаемых сообществ мелких млекопитающих (палеоценозов) Северного Прикаспия в плейстоцене — голоцене

5 Верифицировать мультифрактальный подход на материале таксономического разнообразия ископаемых сообществ мелких млекопитающих {отр Rodentia) в неогене на территории Европы

Научная новизна Впервые на материале рецептных и ископаемых сообществ мелких млекопитающих получены доказательства конструктивного значения принципа самоподобия в объяснении их видовой структуры Впервые показана принципиальная возможность проведения мультифрактального анализа видовой структуры ископаемых сообществ мелких млекопитающих на примере Волго-Уральского, Приволжского и Терско-Кумского палеоценозов (поздний плейстоцен, ранне-средний и поздний голоцен)

Впервые исследована мультифрактальная структура таксономического разнообразия отряда Rodentia на территории Европы в неогене Впервые предложен метод оценки статистических различий между мультифрактальными спектрами с помощью модифицированного ^-критерия Стьюдента с использованием обобщенной информационной размерности Di

Впервые обоснована и верифицирована на модельных и натурных данных процедура пропедевтики исходного материала, позволяющая провести статистически корректное предварительное исследование соответствия организации исходных данных целям и задачам мультифрактального анализа и, тем самым, оптимизировать его процедуру

Научно-практическая значимость Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие методологии принципа самоподобия в исследовании видовой структуры рецептных и ископаемых сообществ Результаты могут быть использованы при разработке специальных курсов в рамках преподавания на кафедре экологии биологического факультета ННГУ На защиту выносятся следующие положения 1 Принцип самоподобия является методологической основой для анализа видовой структуры как рецептных, так и ископаемых сообществ мелких млекопитающих

2 Мультифрактальный анализ применим для изучения пространственных и временных аспектов динамики видовой структуры ископаемых сообществ мелких млекопитающих

3 Таксономическое разнообразие ископаемых сообществ {отр Rodentia на территории Европы в неогене), как реплика естественного разнообразия фрактально организованного органического мира, также обладает самоподобной (фрактальной) структурой

Благодарности Автор выражает искреннюю и глубокую признательность своему учителю профессору Д Б Гелашвили и научному руководителю проф Д И Иудину, без тесного взаимодействия с которыми данная работа вряд ли имела бы место Диссертационная работа в значительной части основана на эмпирических данных, полученных в результате сотрудничества с проф

А И Дмитриевым (НГПУ), которому автор приносит глубокую благодарность Отдельно выражаю благодарность кбн ВН Якимову за помощь в освоении методики мультифрактального анализа и ценные замечания на всех этапах работы, а также чл-корр РАН НГ Смирнову и сотрудникам лаборатория исторической экологии ИЭРиЖ УрО РАН за любезно проведённые конструктивные консультации по современным ключевым вопросам палеоэкологии Автор искренне благодарит преподавателей и сотрудников кафедры экологии биологического факультета ННГУ за постоянную дружескую поддержку

Заключение:

1 Разработан и обоснован на модельных выборках, а также верифицирован на экспериментальном материале (рецентных и ископаемых сообществах мелких млекопитаюшдк) алгоритм статистической процедуры пропедевтики исходных данных, основанный на применении критерия Крускала-Уоллеса как непараметрического аналога дисперсионного анализа, и предложена визуализация профиля гетерогенности экспериментальных выборок для последующего мультифрактального анализа

2 Разработан алгоритм оценки статистических различий между мультифрактальными спектрами с помощью модифицированного t-

критерия Стьюдента с использованием обобщенной информационной размерности Dj и предложена формула для расчета /-критерия VarD,=VarH -{-^f Алгоритм обоснован на модельных выборках, а также верифицирован на экспериментальном материале (рецентных и ископаемых сообществах мелких млекопитающих)

3 Обоснована фрактальная природа видовой структуры рецентных сообществ мелких млекопитающих на примере Нижегородского Поволжья и доказана логическая непротиворечивость результатов мультифрактального и канонического анализа

4 Установлена принципиальная возможность применения мультифрактального формализма к анализу видовой структуры ископаемых сообществ мелких млекопитающих на примере палеоценозов Северного Прикаспия в плейстоцене - голоцене

Разработан алгоритм построения мультифрактального туннеля, позволяющего визуализировать временную динамику изменения структуры сообщества в геологическом времени

5 На примере ископаемых сообществ мелких млекопитающих (отр

Rodentia) в неогене на территории Европы установлено, что таксономическое разнообразие как реплика естественного разнообразия фрактально организованного органического мира также обладает фрактальной структурой Показано, что в пространстве {pi}, характеризующих относительные частоты распределения видов по родам, мультифрактальный спектр представляет собой обобщенный геометрический образ родовой структуры таксономического разнообразия

Скачивание файла!

Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 6616
Пароль: 6616
Скачать файл.