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).