Представлены публикации на англ. и русском языках. Расширенный список публикаций см. здесь. См. также книги по биотической регуляции. Содержание презентаций В.Г. Горшкова и А.М. Макарьевой на Открытой Научной Конференции "Вызовы меняющейся Земли", 10-13 июля, 2001, Амстердам, см. в аннотациях (англ. яз.), а также в публикациях разделов IV и V.

 

Концепция биотической регуляции Биотическая регуляция глобального круговорота углерода Генетика в концепции биотической регуляции Проблема неустойчивости климата Информация и упорядоченность живых систем Энергетика организмов и экологических сообществ ВОДА

(фотовыставка)

 

I. Концепция биотической регуляции

Представленные публикации дают общее представление о концепции биотической регуляции окружающей среды и ее соотнесенности с проблемами современной науки глобальных изменений.

Горшков В.Г., Макарьева А.М., Лосев К.С. (2006) В повестке дня -- стратегия выживания человечества. Вестник Российской Академии Наук, 76(4), 309-314. PDF (500 Кб). Авторы статьи рассказывают о важнейших заблуждениях в современной климатологии и экологии и о приоритетах в решении природоохранных проблем.

Горшков В.Г., Макарьева А.М., Горшков В.В. (2004) Пересматривая основы экологического знания: взаимодействие биоты и окружающей среды. Ecological Complexity, 1(1), 17-36. Аннотация (англ.), PDF (англ., 320 Кб), авторский перевод некоторых разделов (рус.).

Горшков В.В., Горшков В.Г., Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Макарьева А.М. (1999) Биотическая регуляция окружающей среды. Экология, ? 2 (1999), 105-113. Аннотация, HTML-версия, PDF (710 Кб).

Gorshkov V.G., Makarieva A.M., Mackey B., Gorshkov V.V. (2001) Biological theory and global change science. Global Change NewsLetter, 48, 11-14. PDF (0.3 Мб, англ.).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Макей Б., Горшков В.В. (2002) Верны ли биологические и экологические принципы, лежащие в основе науки о глобальных изменениях? Energy & Environment, 13(3), 299-310. Аннотация, PDF (англ., 500 Кб).

 

II. Биотическая регуляция глобального круговорота углерода

Горшков В.Г., Макарьева А.М. (2002) Изменение глобального круговорота углерода: Результаты анализа изменения отношений O₂/N₂ в атмосфере и парциального давления CO₂ у поверхности раздела океан-атмосфера. Геохимия, ? 5 (2002): 526-535. Аннотация, PDF (640 Кб).
 
Gorshkov V.G., Makarieva A.M. (1998) Impact of terrestrial and oceanic biota on the modern carbon and oxygen cycles. Экологическая химия, 7, No. 2, 129-137. Аннотация (рус.), полный англ. текст (PDF, текстовая версия: 240 Кб; оттиск статьи (с подписями к рисункам на русском яз.): 1.22 Mb).
 
Gorshkov V.G., Grassl H., Kondratyev K.Ya., Losev K.S. (1995) On the natural biological regulation of the environment. Environmental Conservation, 22(2), 170-174. PDF (англ., 1.0 Мб).

 

III. Генетика в концепции биотической регуляции

Нижеследующие публикации посвящены генетическому аспекту концепции биотической регуляции. Информация, необходимая для высокоорганизованных процессов биотической регуляции, записана в геномах естественных биологических видов. Представленные данные свидетельствуют о том, что наблюдаемый генетический полиморфизм естественных видов является следствием конечной разрешающей способности естественного отбора, которая позволяет определенному количеству генетических дефектов оставаться незамеченными при конкурентном взаимодействии особей и, следовательно, сохраняться в популяции.

Генетический полиморфизм, таким образом, интерпретируется не как адаптивный потенциал вида (см. здесь о взаимоисключаемости концепций биотической регуляции и генетической адаптации), но как допустимый уровень стирания осмысленной генетической информации вида. В течение всего периода существования вида генетическая информация вида не претерпевает направленных изменений, а случайно флуктуирует вокруг нормального генома. Величина таких флуктуаций определяется пределом чувствительности естественного отбора.

Макарьева А.М., Горшков В.Г. (2004) О зависимости скорости видообразования от общей численности и характерного размера популяции вида. Journal of Biosciences, 29(1), 119-128. Аннотация, PDF (англ., 108 Кб).
 
Читайте также заметку "О видообразовании" на русском языке (31 июля 2005 г.).
 
Одним из широко распространенных постулатов современной биологии является противоречащее концепции биотической регуляции положение о том, что эволюция происходит за счет адаптации биологических видов к меняющейся окружающей среде. Если бы это было верным, то виды, состоящие из многочисленных популяций (например, бактерии с характерными плотностями численности около миллиона особей на кубический миллилитр) должны были бы эволюционировать гораздо быстрее, чем малочисленные виды (например, крупные млекопитающие, 1 особь на кв. км). Говоря упрощенно, найти подходящий организм для новой окружающей среды легче, если выбираешь из миллиардов, а не из нескольких особей. Легко подсчитать, что скорость эволюции различалась бы на десять и более порядков между крупными малочисленными и мелкими многочисленными организмами.
В этой статье на основе имеющихся эмпирических данных мы показываем, что на самом деле все виды эволюционируют примерно с одинаковой скоростью независимо от размера популяции, причем средняя продолжительность жизни вида составляет несколько миллионов лет, будь то инфузория или лошадь. Это подтверждает положение концепции биотической регуляции о том, что эволюция не может быть обусловлена изменением окружающей среды, которая сама находится под контролем биоты.
Более полное представление о значении этой статьи для концепции биотической регуляции можно получить, прочитав главу 11 книги Горшкова и др. (2000) Biotic regulation of the environment, а также из книги Горшков (1995) Физические и биологические основы устойчивости жизни, Москва, ВИНИТИ (главы 3.15-3.17).
 
Makarieva A.M. (2001) Variance of protein heterozygosity in different species of mammals with respect to the number of loci studied. Heredity, 87(1), 41-51. Аннотация, PDF (0.4 Мб), база данных (рус.) (HTML, 0.1 Мб).
 
Горшков В.Г., Макарьева А.М. (1999) Правило Холдейна и соматические мутации. Генетика, 35(6), 725-732. Аннотация, PDF (610 Кб).
 
Горшков В.Г., Макарьева А.М. (1997) Зависимость гетерозиготности от массы тела у млекопитающих. Доклады РАН, 355(3), 418-421. PDF (0.5 Мб).

 

IV. Проблема неустойчивости климата

На основе анализа физической зависимости парникового эффекта Земли от приземной температуры показано, что климат Земли, при котором гидросфера находится в жидком состоянии, физически неустойчив по отношению к спонтанным переходам к двум устойчивым, но непригодным для жизни состояниям: состоянию полного испарения гидросферы с характерной приземной температурой порядка +400°C и состоянию полного оледенения планеты с приземной температурой около -80° C.

Существующие данные свидетельствуют об устойчивом поддержании значений среднеглобальной приземной температуры в интервале 5-25°C в течение последних семисот миллионов лет. В отсутствие физического механизма, способного обеспечить такую устойчивость, наблюдаемое постоянство приемлемой для жизни температуры может быть объяснено только существованием биотической регуляции глобального круговорота воды (основного парникового газа на Земле) и приземной температуры.
 

Горшков В.Г., Макарьева А.М. (2006) Природа наблюдаемой устойчивости климата Земли. Геоэкология, N3 (2006), 483-495. Аннотация, PDF (0.9 Мб).

Горшков В.Г., Макарьева А.М. (2002) Зависимость парникового эффекта от атмосферных концентраций парниковых веществ и природа устойчивости климата Земли. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 2, 289-337. Аннотация, PDF и обсуждение (англ.).

Макарьева А.М., Горшков В.Г. (2001) Парниковый эффект и проблема устойчивости среднеглобальной температуры земной поверхности. Доклады РАН, 376(6), 810-814. PDF (0.7 Мб).

Горшков В.Г., Макарьева А.М., Лосев К.С. (2001) Планетарный парниковый эффект и биотическая устойчивость климата Земли. Известия секции наук о Земле РАЕН, ? 7 (2001): 62-74. PDF (1.0 Мб).

Gorshkov V.G., Makarieva A.M. (2001) Diffusion of thermal photons in the atmosphere, pp. 141-142 in: Dakhno L.G. (Ed.) PNPI XXX (Petersburg Nuclear Physics Institute XXX-th Anniversary). Scientific Highlights. Theoretical Physics Division. PNPI, Gatchina, 145 pp., ISBN 5-86763-043-9. PDF (англ., 0.1 Мб).

Gorshkov V.G., Makarieva A.M. (2000) Environmental safety, climate stability and the non-perturbed biota. Global Change NewsLetter, 43, 24-25. PDF (англ., 0.1 Мб).

Makarieva A.M. (2000) Biotically maintained stability of the Earth's mean global surface temperature. Petersburg Nuclear Physics Institute, Preprint No. 2384, 42 pp. PDF (англ., 0.4 Мб).

 

V. Информация и упорядоченность живых систем

Мы показываем, что уровень упорядоченности живых систем на двадцать четыре порядка превосходит характерные уровни упорядоченности открытых динамических систем физической природы, `самооорганизованных' за счет внешних потоков энергии. Существующие в окружающей среде Земли потоки свободной энергии оказываются практически неупорядоченными по сравнению с живыми системами, поэтому упорядоченность жизни не может быть поддержана никакими физическими процессами. Для компенсации спонтанного распада высокоупорядоченного состояния жизни живая материя должна быть разделена на достаточно большое количество эквивалентных объектов (особей), между которыми включается конкурентное взаимодействие. Как только уровень упорядоченности любого объекта уменьшается на величину, превосходящую чувствительность конкурентного взаимодействия, такой объект теряет конкурентоспособность и замещается копией нормального объекта, сохраняющего исходный высокий уровень упорядоченности. Такой механизм поддержания упорядоченности уникален для живых объектов и отличает живую материю от неживой природы.

Мы также показываем, что механизм биотической регуляции окружающей среды не может быть заменен на технологический аналог, так как мощность переработки потоков информации, доступная цивилизации, на двадцать порядков ниже, чем соответствующая мощность, используемая естественной биотой для осуществления биотической регуляции.

Горшков В.В., Горшков В.Г., Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Макарьева А.М. (2002) Информация в живой и неживой природе. Экология, ? 3 (2002), 163-169. Аннотация, PDF (480 Кб).

Горшков В.Г., Макарьева А.М. (2001) К вопросу о возможности физической самоорганизации биологических и экологических систем. Доклады РАН, 378(4), 570-573. PDF (0.3 Мб).

Makarieva A.M., Gorshkov V.G. (2000) Order in physical and living systems: Principal differences in quantitative characteristics and mechanisms of maintenance do not allow a similar description. Petersburg Nuclear Physics Institute, Preprint No. 2388, 17 pp. Аннотация, PDF (англ., 1.3 Мб).

 

VI. Энергетика организмов и экологических сообществ

Согласно концепции биотической регуляции, естественные экологические сообщества биологических видов должны быть организованы таким образом, чтобы обеспечить максимальную устойчивость окружающей среды. Этот общий принцип позволяет объяснить основные аллометрические закономерности распределения потоков энергии, наблюдаемые в естественных сообществах, в частности, уменьшение доли потребления первичной продукции с ростом размера тела организмов-гетеротрофов.

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л., Човн С.Л. (2006) Независимость минимального жизнеподдерживающего метаболизма от размера тела и температуры. Functional Ecology, 20, 83-96, doi:10.1111/j.1365-2435.2006.01070.x. Аннотация, PDF (корректура, 350 Кб), база данных (WinWord).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Энергетика самых маленьких: дышат ли бактерии с той же скоростью, что и киты? Proceedings of the Royal Society of London, Biological Series, 272, 2219-2224, doi:10.1098/rspb.2005.3225. Аннотация, PDF (направленный в журнал англ. текст, 220 Кб).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Биохимическая универсальность живой материи и ее отражение в наблюдаемых метаболических закономерностях. Functional Ecology, 19, 547-557, doi:10.1111/j.1365-2435.2005.01005.x. Аннотация, PDF (200 Кб, англ. корректура).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Пересмотр моделей распределительных систем Веста, Брауна и Энквиста (1997) и Банавара, Маритана и Ринальдо (1999): Различие в метаболизме живых тканей позволяет объяснить наблюдаемые аллометрические скейлинговые закономерности. Journal of Theoretical Biology, 237, 291-301, doi:10.1016/j.jtbi.2005.04.016. Аннотация, PDF (англ., 270 Кб).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Гигантизм, температура и метаболическая мощность наземных пойкилотермных животных. Proceedings of the Royal Society of London, Biological Series, 272, 2325-2328, doi:10.1098/rspb.2005.3223. Аннотация, PDF (направленный в журнал англ. текст, 150 Кб).

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Температурно-обусловленные верхние пределы размеров тела у наземных пойкилотермных животных. OIKOS, 111(3), 425-436. Аннотация, PDF (330 Кб, англ. корректура).

Главным результатом вышеперечисленных работ является демонстрация того факта, что, независимо от размера тела, все живые организмы, от бактерий до китов, поддерживают свою удельную метаболическую мощность в универсальных пределах вблизи метаболического оптимума 1-10 Вт/кг (Горшков, 1981). Этот результат опровергает механистические представления об организации живой материи, согласно которым свойства живых организмов диктуются физико-химическими свойствами их окружающей среды, к которой живые организмы предположительно вынуждены постоянно адаптироваться. В наших работах мы показываем, что, несмотря на радикальные изменения физических характеристик своего взаимодействия с окружающей средой (действительно, в то время как бактерии транспортируют потребленную из окружающей среды пищу на расстояния порядка одного микрона, для слона это расстояние в миллионы раз больше), живые организмы поддерживают универсальный для всей жизни оптимальный ритм существования. Подобным же образом осуществляется построение оптимальной для жизни внешней окружающей среды, что игнорируется в традиционной биологической парадигме. На практическом уровне это означает, что пути выхода из глобального экологического кризиса люди ищут в виде технологических (принципиально невозможных) решений, не пользуясь колоссальным регуляторным потенциалом естественной биоты. В своих работах мы ставим цель разрушения этой устаревшей и опасной для человечества парадигмы, иллюстрируя и количественно оценивая определяющую роль, которую живые организмы естественных экосистем играют в поддержании пригодных для человека условий жизни на планете.

 

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2005) Почему плотности численности популяции и обратный размер кормовой территории по-разному меняются с размером тела? К проблеме устойчивости экосистем. Ecological Complexity, 2, 259-271, doi:10.1016/j.ecocom.2005.04.006. Аннотация, PDF (англ., 210 Кб).

Согласно концепции биотической регуляции, естественные экологические сообщества организованы по принципу максимизации устойчивости своей окружающей среды. Флуктуации плотностей численностей гетеротрофов приводят к флуктуациям биомассы и потоков энергии в экосистеме. Поэтому принцип устойчивости требует поддержания плотностей численности животных в коридоре, соответствующем экологической устойчивости. В настоящей статье мы показываем, что это может быть достигнуто путем кодирования территориальных потребностей животных на уровне вида. Мы рассматриваем данные, подтверждающие утверждение о том, что биологическая организация животных подразумевает их существование на эксклюзивных кормовых территориях, куда при нормальном состоянии экосистемы не допускаются внутривидовые конкуренты, что и является основным механизмом контроля численности животных в естественных экосистемах. Применительно к человеку это означает, что право(потребность) на достаточно большую территорию, полностью контролируемую индивидуумом, является одним из наиболее насущных прав(потребностей) человека, столь же биологически необходимых, как и права(потребности) на пищу и воду. Необходимость удовлетворения этой генетической потребности человеком приводит, в частности, к тому, что люди стремятся перемещаться по большим территориям даже в тех условиях, когда не могут их контролировать, как в современных перенаселенных городах. То же объяснение имеет страсть человека к путешествиям. Ограничение свободы перемещения (при полном удовлетворении всех других потребностей) используется как основное наказание человека (тюремное заключение), чего не могло бы быть, если бы человек был биологически способен существовать на крохотных территориях, соответствующих обратной плотности численности современной популяции людей, когда на каждого городского жителя приходится порядка 100 кв. м.

 

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2004) Размер тела, потребление энергии и аллометрический скейлинг: Новое измерение в дискуссии о разнообразии и устойчивости. Ecological Complexity, 1(2), 139-175. Аннотация, PDF (англ., 374 Кб).

Согласно теории биотической регуляции, естественные экологические сообщества организованы таким образом, чтобы обеспечить максимальную устойчивость своей окружающей среды. В этой статье показано, что этот принцип позволяет количественно предсказать распределение потоков энергии по организмам различных размеров в устойчивых экосистемах. Показано, что в устойчивых экосистемах животные крупных размеров (в частности, млекопитающие) не потребляют более одного процента первичной продукции. В современной биосфере эта экологическая квота превышена человеком в десять раз.

 

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2004) Онтогенетический рост: модели и теория. Ecological Modelling, 176, 15-26. Аннотация, PDF (англ., 260 Кб).

Моделирование широко распространено в современной естественной науке. Модели включают множество неизмеримых параметров и неизвестных связей между измеримыми величинами. Эти связи поэтому постулируются путем формальной подгонки к имеющимся эмпирическим данным. Модели, таким образом, эквивалентны табличному представлению соответствующих данных и, как следствие, характеризуются нулевой предсказательной силой. Модельный подход, в котором поиск фундаментальных природных закономерностей заменен подгонкой и компьютерным счетом, является серьезной, едва ли не смертельной болезнью современной науки. В этой статье мы иллюстрируем эти положения на примере критики популярной модели онтогенетического роста организмов, в которой, в частности, нарушается закон сохранения энергии.

 

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2003) Заметка о зависимости метаболической мощности от размера тела у растений и животных. Journal of Theoretical Biology, 221(2), 301-307. Аннотация (англ.), PDF (англ., 140 Кб).

Горшков В.Г. (1981) Распределение потоков энергии по организмам разных размеров. Журнал общей биологии, 42(3), 417-429. Аннотация, полный текст (PDF, 700 Кб).

Горшков В.Г. (1983) Мощность и скорость передвижения животных разных размеров. Журнал общей биологии, 44(5), 661-678. Аннотация, полный текст (PDF, 1.0 Мб).

Горшков В.Г. (1984) Энергетическая эффективность полета и плавания. Журнал общей биологии, 45(6), 779-795. Аннотация, полный текст (PDF, 740 Кб).

Горшков В.Г. (1980) Структура биосферных потоков энергии. Ботанический журнал, 65(11), 1579-1590. Аннотация, полный текст (PDF, 1.5 Мб).

Gorshkov V.G. (1985) Natural selection of communities and the stability of biogeochemical cycles. In: J. Mlikovsky and V.J.A. Novak (Eds.) Evolution and Morphogenesis, pp. 787-794. Academia, Praha. Аннотация, полный текст (PDF, 240 Кб).