НЕКОТОРЫЕ БИОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ДИНАМИКЕ ВОДНЫХ СООБЩЕСТВ (НА ПРИМЕРЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ПЛАНКТОНА И КОСЯКОВ РЫБЫ)
Медвинский А. Б., Тихонов Д. А., Тихонова И. А., Иваницкий Г. Р.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
Исследование механизмов,
лежащих в основе спонтанного формирования и динамики пространственных
структур, является одним из центральных направлений развития современной
биофизики. В частности, биофизические методы исследования популяционной
динамики позволяют выявлять базисные закономерности, определяющие
пространственно-временные изменения в сообществах организмов,
связанных трофическими взаимодействиями. В данной работе исследуется
влияние блужданий рыбных косяков на формирование и изменения планктонных
структур ("пятен планктона") в турбулизованной водной
среде. С этой целью применяется концептуальная минимальная математическая
модель трофической цепи "питательный субстрат - фитопланктон -
зоопланктон - рыба". Рост планктона, взаимодействия
фито- и зоопланктона, а также диффузия планктона моделируются
с помощью уравнений типа "реакция - диффузия",
в то время как движение рыбного косяка задается правилами Эбенхоха
и в значительной мере зависит от локальных характеристик распределения
плотности зоопланктона. Исследуется динамика изменений средних
(по пространству) плотностей планктона и вариаций физических характеристик
(в первую очередь, константы Херста) движения рыбных косяков в
зависимости от параметров, определяющих трофические связи фитопланктона,
зоопланктона и рыбы. Показано, что (а) формирование пятен планктона
в километровом диапазоне может в значительной мере определяться
блужданиями рыбного косяка, питающегося зоопланктоном, и (б) такие
блуждания зависят от трофических связей и подчиняются закономерностям,
характерным для фрактального броуновского движения. Работа поддержана
грантами РФФИ (98-04-04065), DFG (436 RUS 113/447). NATO (OUTRG.LG971248)
и INTAS (96-2033).