Биоразнообразие и его оценка. Концептуальная диверсикология - Протасов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
1.16 Нормальное распределение осуществляет экс- Федоров, 1977
тремум такого функционала, как энтропийный
показатель (Н)
Необходимо отметить, что индекс Шеннона — далеко не единственный индекс, основанный на относительной значимости, вероятностных показателях.
1.17 Р1Е = \-^р] (1.9) Песенко, 1982
(1.10)
8н=ехр{-^ р;1о%Рі) і (111)
Преимущество индекса Шеннона для измерения биоразнообразия связано с концепцией его информационного содержания. Предпочтение использования логарифма по основанию 2 также связано с совпадением информационной единицы — бит.
1.18 Информационная интерпретация энтропийного индекса Шеннона состоит в том, что разнообразие трактуется как приходящееся на одну особь количество информации, заключенной в распределении по видам, особям или энергии по трофическим связям МасАгЙшг, 1955; Алимов, 2000
1.19 Для организма, популяции, сообщества характерно накопление информации, о чем свидетельствует нарастание свободной энергии Емельянов, 1999
Информация в самом общем значении — это отражение материального и идеального мира с помощью определенных знаков и сигналов.
16
/¦ Концепция биотического разнообразия
Получение информации — это устранение неопределенности относительно какого-либо объекта. Количество неопределенности, по-видимому, стремится к бесконечности, однако реально мы ее измеряем полученной информацией: неопределенности было столько, сколько получено информации. Как отмечает Г. М. Хованов (1972), велика информативность «невероятных» фактов.
В качестве примера можно привести определение информации, взяв любой текст, например, небольшой фрагмент из книги А. Ф. Алимова «Элементы теории функционирования водных экосистем» (Алимов, 2000). В результате подсчета встречаемости букв русского алфавита и пробелов между словами определим вероятности, на основании чего можно вычислить Н в битах на знак. В строке в среднем оказалось 59 знаков. При вероятностях р от 0,01 до 0,18 находим, что разнообразие Н нашей выборки равно 3,871 бит/знак. Максимальное разнообразие равно 4,247 бит/знак, выравненность равна 0,911. При подсчете среднего числа строк на странице (40) и числа страниц (147) получаем общую информацию 1342,9 Кбит. Проведение такой же операции с английским текстом (Kratochwil, 1999) дало очень сходные результаты: 11=3,910 бит/знак, Нтах=4,322 бит/знак, J=0,905. Информация на весь текст (статья в сборнике "Biodiversity in ecosystems...", 32 страницы, среднее число строк на странице — 73, число знаков в строке — 73) составила 347,1 Кбит.
Этот достаточно формальный пример имеет, однако, много общего с применением индексов для оценки биоразнообразия, основанных на вероятностных функциях. Как и особи разных видов, знаки алфавита в своем сочетании подчиняются определенным закономерностям (которые могут быть нам неизвестны и чаще всего неизвестны), образуют слова, несущие определенный смысл. Более объемные произведения, как и более обильные сообщества, имеют большую суммарную информацию. Однако очевидно, что результаты расчетов на основании соотношения вероятностей встречаемости знаков и получение информации при прочтении текста далеко не одно и тоже. Здесь речь должна идти уже не о количестве, а о качестве информации. И здесь также просматриваются определенные аналогии с исследованием биоразнообразия. При этом современная теория информации не обладает методами для оценки качества информации, хотя в биологии это может иметь решающее значение (Волькенштейн, 1981). Количество информации, эффекты малых объемов информации в биологических системах могут быть очень значительными, аналогично тому, как один бит информации — замена красного цвета светофора на зеленый — вызывает переключение транспортных потоков.
В сообществе с большим числом видов и относительно небольшой представленностью каждого вида выяснение видовой принадлежности каждой случайно взятой особи устраняет значительную неопределенность, т. е. высокоинформативно. При этом необходимо учитывать, что это не характеристика данного вида, а всей системы, всего сообщества. В сосно-
17
Биоразнообразие и его оценка. Концептуальная диверсикология
вом бору очевидна большая вероятность встретиться именно с сосной, и высокая вероятность этого события (поскольку именно этот вид здесь доминирует) малоинформативна, поэтому разнообразие такого сообщества невысокое.
Следует отметить, что понятие информации утратило уже свой достаточно узкий первоначальный смысл как нечто, связанное с сообщением, знанием, выбором, характеризуя квантовую меру (Хованов, 1972) увеличения упорядоченности состояния систем.
1.20
При определении (измерении) разнообразия принимается, что вероятности р, не зависят от их характеристик, свойств элементов систем
Совершенно очевидно, что в биотических сообществах и других биосистемах это условие положения 1.20 не выдерживается. Например, при сходстве относительных численностей (п/Ы) виды могут сильно различаться по размерам, а значит и по биомассе. Кроме того, обсуждая проблемы измерения биоразнообразия, К. \Vhittaker (1965) отмечает сложности, которые создает неопределенность растительной индивидуальности. Он также полагает, что не совсем корректно сравнивать в одной шкале такие различные по размеру биообъекты как травы и деревья. Трудности создают и колониальные формы, учет которых в единицах численности может быть вообще невозможен. Не исключено, что разрешить проблему может усреднение индексов разнообразия, полученных при расчетах разных характеристик.
