Методы, используемые в экологических исследованиях
Методы, используемые в экологических исследованиях
Итак, мы выяснили, хотя и в самых общих чертах, что изучает наука экология. Но, для того, чтобы заниматься экологией, недостаточно представлять, что мы хотим изучать. Чрезвычайно важно и то, как проводить экологические исследования.
Методы исследований, которыми пользуются экологи, можно подразделить на 3 группы: полевые, модельные и экспериментальные. Полевые методы – самые очевидные, пожалуй, самые старые и, при этом, самые достоверные и ценные по своим результатам. Суть их – непосредственное изучение экосистемы или ее части в естественных условиях. Исследователь определяет параметры объекта своего исследования (например, количество видов, их численность, биомассу и т. п.), отслеживает их изменения, сравнивает их с параметрами других экосистем. Объектом может быть, например, популяция какого-то вида организмов, а также экосистема, например, лес, луг, водоем, сельскохозяйственное поле или город, и даже биосфера в целом. Но во всех случаях эколог сталкивается, как правило, с одной и той же проблемой, а именно, невозможностью ознакомиться с каждым элементом изучаемого объекта, например, с каждой особью в популяции или экосистеме. И здесь на помощь исследователю приходят методы математической статистики. Вообще говоря, математическая статистика – вещь, необходимая, по крайней мере – крайне желательная, при проведении любых научных исследований, в том числе и биологических. Именно статистическая обработка данных стандартными, общепринятыми способами позволяет исследователю доказать справедливость своих выводов коллегам. Более того, математическая статистика помогает даже правильно спланировать исследование для получения достоверных результатов. В случае полевых исследований статистика помогает, если говорить в общем, по той части материала, которую удалось собрать и измерить, судить о популяции или экосистеме в целом.
Рекомендуем посмотреть лекцию "30. Новый этап реализма и проблема литературного героя".
Вторая группа методов, используемых экологами, – модельные. Они подразумевают использование для понимания закономерностей, свойственных природным объектам, математических моделей. В настоящее время для исследования моделей широко используется компьютерная техника, хотя первые модели, создававшиеся еще на рубеже XIX и XX веков, рассчитывались на бумаге.
Модели бывают двух типов – логические и имитационные. В первом случае исследователь создает математическую функцию, описывающую, по его мнению, интересующий процесс, и, изменяя значения аргументов и параметров, изучает ее поведение. Такие модели широко используются в демэкологии. Например, с их помощью разработаны представления о закономерностях изменений численности популяций в различных ситуациях.
Другая группа моделей – имитационные. Возможность их использования – заслуга современных достижений в области компьютерной техники. Суть этих моделей состоит в том, что программными средствами создаются, как теперь принято говорить, «виртуальные» подобия природных объектов, для которых определены наборы свойств и законов взаимодействия друг с другом. Исследователь, как и в логических моделях, имеет возможность сравнивать поведение моделей с разными значениями описывающих их параметров, однако закономерности поведения этих созданных в компьютере систем не задаются исследователем напрямую, а должны выясняться косвенно, на основании их исследования, проводимого, по сути, во многом так же, как если бы это были природные объекты.
Ценность модельных методов велика в том, что они позволяют исследовать процессы, которые в реальности могут занимать огромные промежутки времени – десятки, сотни, тысячи, миллионы лет. С их помощью можно также произвольно изменять параметры тех объектов, для которых в реальном мире это сделать невозможно по техническим, этическим или иным соображениям – например, посмотреть последствия для биосферы ядерной войны или таяния всех ледников Антарктиды. Однако слабое место этого подхода состоит в том, что очень трудно, если не сказать невозможно, учесть при создании модели весь набор свойств и взаимодействий элементов ее природного оригинала. В результате модель, как правило, лишь приближенно воспроизводит поведение оригинала, а иногда и вовсе ведет себя совершенно иначе. Впрочем, в этом есть и свои плюсы: поиск причин этих несоответствий и уточнения моделей помогают точнее понять организацию исследуемых природных объектов.
Наконец, третья группа методов – экспериментальные. Особенно часто они используются в аутэкологических исследованиях. Суть этих методов состоит в том, что исследователь искусственно меняет условия существования исследуемого объекта (например, особи или группы особей) и исследуют его реакцию. Такие исследования часто проводятся в лабораторных условиях, хотя иногда могут проводиться и в природе.
Как и в случае полевых методов, при обработке результатов экспериментов чрезвычайно важно интерпретировать их корректно, однозначно и сопоставимо с результатами других исследований. Для этого также используется математическая статистика.
