Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах
The conceptual model of structure formation and function of biosystems environment – soil – plant is developed. Plant structure model is considered in the frame work of information-resource conception. Functional features of plant organism vital activity are determined.
Gespeichert in:
| Datum: | 1999 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
M.M. Gryshko National Botanical Garden of the NAS of Ukraine
1999
|
| Online Zugang: | https://www.plantintroduction.org/index.php/pi/article/view/1427 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Plant Introduction |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Plant Introduction| _version_ | 1860144961786216448 |
|---|---|
| author | Zaimenko, N.V. |
| author_facet | Zaimenko, N.V. |
| author_sort | Zaimenko, N.V. |
| baseUrl_str | https://www.plantintroduction.org/index.php/pi/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2020-01-22T19:15:47Z |
| description | The conceptual model of structure formation and function of biosystems environment – soil – plant is developed. Plant structure model is considered in the frame work of information-resource conception. Functional features of plant organism vital activity are determined. |
| doi_str_mv | 10.5281/zenodo.3365204 |
| first_indexed | 2025-07-17T12:52:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Теорія, методи та практичні аспекти
інтродукції рослин
УДК 581.1:576.8:578:69
КОНЦЕПТУАЛЬНІ МОДЕЛІ
СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ У БІОЕКОСИСТЕМАХ
Н.В. ЗАІМЕНКО
Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України
Україна, 01014 Київ, вул. Тімірязєвська, 1
Розроблено концептуальну модель, що описує структуроутворення і функціонування біосистеми середови
ще — ґрунт — рослина, розглянуто структурну модель рослини в рамках інформаційно-ресурсної концепції,
визначено функціональні ознаки життєдіяльності рослинного організму.
На нинішньому етапі розвитку науки і техніки
існує досить потужний арсенал засобів, що
дозволяють сформувати базу знань для
аналізу екосистем із складною інформацій
но-ресурсною ієрархічною структурою. Сис-
темологія цілеспрямованих систем в рамках
інформаційно-ресурсної концепції дала мо
жливість виробити єдину методологію ана
лізу і синтезу біосистеми середовище —
ґрунт — рослина, дослідити стратегію пове
дінки рослинного організму для досягнення
заданої мети, сформувати впорядковану ба
зу знань. Відповідно до сучасної концепції
[2] життєдіяльність — це прояв функцій ці
лісної системи організму. При цьому росли
ну доцільно розглядати як цілеспрямовану
систему, що функціонує в динамічному про
сторі чинників навколишнього середовища.
Моделювання рослин як цілісних систем
[З, 4] із використанням методів класичної
теорії управління, біокібернетики, теорії ієрар
хічних структур не розкриває поняття цілі,
цільового та інформаційного простору ди
намічної системи. Теорія фізичних процесів,
яка побудована на основі досягнень біохімії,
біофізики і нейродинаміки, також не повна в
© Н.В. ЗАІМЕНКО, 1999
пізнавальному і методологічному розумінні,
оскільки не використовує сучасну теорію
управління і системологію як концептуальну
базу. Я.П. Драган і Л.С. Сікора показали, що
біосистеми будь-якого рівня ієрархії (від жи
вої клітини до біоценозу) можуть бути опи
сані у межах концептуальної структурної
моделі [1], яка відтворює загальні принципи
життєдіяльності, адаптації та еволюції. Кон
цептуальна модель — це біотехнічний ана
лог систем подібного рівня складності, вона
містить дві підсистеми — ресурсну та інфор
маційну.
Ресурсна підструктура розробленої мо
делі описує динаміку балансу матеріальних
Sm і енергетичних Se ресурсів і їх фізико-
хімічні перетворення в процесі життєдіяль
ності рослин. Вона містить перетворювач
ресурсів (77?), накопичувач ресурсів (AR) і
споживач ресурсів (СЯ). Функціонування пе
ретворювача 777 описується оператором (О),
який враховує частку впливу кожного з чин
ників у процесі перетворення ресурсів у
просторі й часі біосистеми. Внутрішні зв’яз
ки в біосистемі враховуються структурною
організацією моделі та введенням форму
вальних фільтрів параметрів стану обмінних
процесів.
18 ISSN 1605-6574. Інтродукція рослин. 1999, № 3—4
Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах
У рамках запропонованої моделі життєді
яльність можна розглядати як процес регу
ляції, спрямований або на структуроутворен
ня (за наявності достатньої кількості ресур
сів), або на збереження наявної структури
(за обмеженої кількості ресурсів). Структура
моделі враховує це у вигляді контурів регу
ляції, що здійснюють управління потоками
ресурсів відповідно до вибраної стратегії
життєдіяльності (strat Ч). Стабільність проце
сів регуляції забезпечується інформаційною
підструктурою моделі.
Інформаційна підструктура відображає рух
потоків інформації на різних ієрархічних рів
нях. Відповідно до розробленої структурно-
функціональної схеми вона складається із
спостерігача системи OS з індикатором /О;
процесора прийняття рішень PAD\ цілеспря
мованої системи PTS з банком знань ВК і
набором моделей цільового простору сис
теми Mps і ресурсних перетворювачів Md і Мс
(параметричного і концептуального). Банк
знань формується ієрархічною системою ви
щого рівня [FBK) на основі апріорної та апо
стеріорної інформації про функціонування
біосистеми. Банк знань ВК містить струк
турну і функціональну компоненти інформа
ції. В процесі життєдіяльності рослин безу
пинно відбувається реалізація функціональ
ної інформації у вигляді регуляції та адапта
ції, структурна інформація лише частково
доступна для зовнішнього спостереження.
Роль спостерігача системи OS полягає в
первинній рецепції розбалансу ресурсів під
впливом зовнішніх збуджень. З огляду на
стохастичний характер функціонування біо
системи, спостерігач OS формує ймовірні
оцінки балансу ресурсів у вигляді статистик
траєкторії параметра стану stat S (t): мате
матичного чекання mz, щільності Pz і функції
Fz розподілу ймовірності, спектральної Gz (а)
і кореляційної Rz (Т) функцій. Динамічні ха
рактеристики, що спостерігаються, визнача
ють інформаційний і цільовий простір біоси
стеми. На їх основі процесор оцінки статис
тичних характеристик формує інформацій
ний функціонал у вигляді образу динамічної
ситуації FDS. Порівнюючи його з набором
еталонних моделей FDSe, що характеризу
ють допустимі траєкторії динамічного стану,
визначають положення біосистеми в цільо
вому просторі. В такій постановці процедура
ідентифікації близька до задач розпізнаван
ня образів. Залежно від збігу поточного об
разу динамічної ситуації з одним із еталон
них процесор прийняття PAD вибирає не
обхідну гіпотезу {Н} і формує рішення на
управління DM (що адекватно вибору однієї
із стратегій життєдіяльності).
Стратегія життєдіяльності біосистеми тіс
но пов’язана з цільовою функцією життєдіяль
ності. Для рослин в нормі цільовою функ
цією є структуроутворення, спрямоване на
збереження виду. При виході за межі діапа
зону норми провідною цільовою функцією
стає збереження стійкості структури росли
ни як цілісної системи. Передбачається, що
стратегія життєдіяльності задається цілесп-
рямовуючою системою PTS (генотипом), а
адаптація відбувається за рахунок умовного
механізму адаптера, в якому закладено ал
горитм, що визначає функціонал якості з
урахуванням цільової функції. Необхідно вра
ховувати, що функціонування біосистеми від
бувається в умовах ритмозадаючої плане
тарної системи PS із глобальними джере
лами ресурсів SR і збуджень SI. Селектор
ритму LR забезпечує синхронізацію екзо
генної (гравітаційної та електромагнітної) і
ендогенної ритміки біосистеми.
Реалізація інформаційних структур в орга
нізмах здійснюється на основі нейроподібних
елементів. У найпростіших організмах і рос
линах канали передачі інформації сполучені
з ресурсним балансом, а інформація оброб
ляється в клітинах у синхронному/асинхрон
ному режимі. При цьому результати оброб
ки інформації у вигляді поточних образів
динамічної ситуації контролюються адаптив
ною системою вищого рівня ієрархії.
Для біологічної системи, якій притаманна
ієрархічність, наведена структура добре опи
сує загальні принципи функціонування на
окремо взятому ієрархічному рівні. Рослин
ній клітині властиві всі функції, що описую
ться моделлю, а саме перетворення й нако
пичення ресурсів у спеціалізованих структу
рах. Цільовою функцією є баланс ресурсів
(матеріальних і енергетичних). При цьому
частина з них запасається в накопичувачі
ISSN 1605-6574. Інтродукція рослин. 1999, № 3—4 19
Н. В. Заіменко
s,
SR
S „
SJ LR
Г '
PAD
M
DM FDSe
FDS
№
'НОтип
F P
strat
М
struct
мс
Ма
SR
н
PTS
вк
strat
M ч т у
SR
strat
M ч у н
s, - *
struct
I
TR struct
t
AR
Sm
m z
Q i
Pz
OS
R,
Fz
F D S
ресурсів (AR), частина витрачається на при
ріст біомаси (GB), а решта — на підтримку
фізіологічних і інформаційних процесів. Особ
ливості функціональної спеціалізації почина
ють виявлятися на рівні цілісної рослини у
вигляді характерних морфологічних ознак.
Принципово можливі три варіанти струк
турно-функціональної організації взаємодії
перетворювача і накопичувача ресурсів у
рослині:
• система локальних перетворювачів і нако-
пичувачів ресурсів, розташованих безпо
середньо один біля одного;
• просторова роз’єднаність перетворювача і
накопичувача, пов’язана зі спеціалізацією;
• тимчасова роз’єднаність функцій перетво
рення ресурсів і накопичення.
Під цим кутом зору можуть бути пояснені
розходження морфоструктури рослин із різ
ними типами фотосинтезу: С3, С4 і САМ.
На рисунку виділено елементи, що харак
теризують генотип і фенотип рослини. Гено
тип реалізується як цілеспрямовуюча систе
ма вищого рівня ієрархії, під контролем яко
го знаходиться структуроутворення (struct) і
вибір стратегії життєдіяльності (strat). Фено
тип — це не тільки сукупність морфологічних
ознак, а й продукти обміну речовин. У рам
ках запропонованої концепції онтогенез яв
ляє собою цільове функціонування на базі
росту меристематичних клітин.
Проведені дослідження дозволили розро
бити концептуальну модель генотипу і фе
нотипу рослин і визначити послідовність
структурно-функціонального синтезу, що
складається з визначення цілей і критеріїв
ідентифікації та концептуальної модельної
структури об’єкта, у якій кожній підсистемі
відповідають інформаційна модель і адек
ватний параметр стану; встановлення рангу
інформаційної матриці параметрів стану та
їх ортогональності; одержання первинної
інформації та її обробки в масштабі поточ
ного часу; перевірки ефективності системи.
1. Драган Я.П., Сікора Л.С., Мартиненко О.І. Інформа-
ційно-ресурсна концепція синтезу структур управлін
н я / / Управляющие системы и машины.— 1991.
№ 5. - С. 108-115.
20 ISSN 1605-6574. Інтродукція рослин. 1999, Ns 3—4
Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах
2. Жученко А.А. Адаптивный потенциал культурных рас
тений. — Кишинев: Штиинца, 1988. — 588 с.
3. Методы математической биологии. Кн. 3. Синтез
динамических моделей биологических систем. — Ки
ев: Вища шк., 1981. — 230 с.
4. Механизмы и принципы целенаправленного поведе
ния. — М.: Наука, 1972. — 295 с.
Надійшла 22.02.2000
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В БИОЭКОСИСТЕМАХ
Н.В. Заименко
Национальный ботанический сад
им. H.H. Гришко НАН Украины, Киев
Разработана концептуальная модель, описывающая
структурообразования и функционирование биосистем
среда — почва — растение, рассмотрена структурная
модель растения в рамках информационно-ресурсной
концепции, определены функциональные признаки
жизнедеятельности растительного организма.
CONCEPTUAL MODELS OF STRUCTURE
FORMATION IN BIOECOSYSTEMS
N.V. Zaimenko
M.M. Grishko National Botanical Gardens,
National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv
The conceptual model of structure formation and function
of biosystems environment — soil — plant is developed.
Plant structure model is considered in the frame work of
information-resource conception. Functional features of
plant organism vital activity are determined.
ISSN 1605-6574. Інтродукція рослин. 1999, Ns 3—4 21
|
| id | oai:ojs2.plantintroduction.org:article-1427 |
| institution | Plant Introduction |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-17T12:52:22Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | M.M. Gryshko National Botanical Garden of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwplantintroductionorg/fd/69249d5f9deb6dd83294ffbb8ea3d6fd.pdf |
| spelling | oai:ojs2.plantintroduction.org:article-14272020-01-22T19:15:47Z Conceptual models of structure formation in bioecosystems Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах Zaimenko, N.V. The conceptual model of structure formation and function of biosystems environment – soil – plant is developed. Plant structure model is considered in the frame work of information-resource conception. Functional features of plant organism vital activity are determined. Розроблено концептуальну модель, що описує структуроутворення і функціонування біосистеми середовище – ґрунт – рослина, розглянуто структурну модель рослини в рамках інформаційно-ресурсної концепції, визначено функціональні ознаки життєдіяльності рослинного організму. M.M. Gryshko National Botanical Garden of the NAS of Ukraine 1999-12-01 Article Article application/pdf https://www.plantintroduction.org/index.php/pi/article/view/1427 10.5281/zenodo.3365204 Plant Introduction; Vol 3 (1999); 18-21 Інтродукція Рослин; Том 3 (1999); 18-21 2663-290X 1605-6574 10.5281/zenodo.3377891 en https://www.plantintroduction.org/index.php/pi/article/view/1427/1377 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | Zaimenko, N.V. Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title | Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title_alt | Conceptual models of structure formation in bioecosystems |
| title_full | Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title_fullStr | Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title_full_unstemmed | Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title_short | Концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| title_sort | концептуальні моделі структуроутворення у біоекосистемах |
| url | https://www.plantintroduction.org/index.php/pi/article/view/1427 |
| work_keys_str_mv | AT zaimenkonv conceptualmodelsofstructureformationinbioecosystems AT zaimenkonv konceptualʹnímodelístrukturoutvorennâubíoekosistemah |