История лаборатории


А.П. Шапиро
А.П. Шапиро

История лаборатории начинается в 1971 году. Ее организатором и первым заведующим был Александр Павлович Шапиро. В 1954 году Александр Павлович с отличием окончил математико-механический факультет Ленинградского государственного университета и через три года там же защитил кандидатскую диссертацию по математике. Проработав шесть лет в Якутском государственном университете, в 1963 году А.П. Шапиро переехал во Владивосток, где начал работать доцентом кафедры математического анализа и дифференциальных уравнений ДВГУ. В 1968 году А.П. Шапиро перешел на работу в Академию наук СССР, где стал старшим научным сотрудником лаборатории вычислительной техники отдела технической кибернетики Дальневосточного филиала СО АН в группе математических методов в биологии.

С образованием в 1971 г. Института автоматики и процессов управления ДВНЦ АН СССР А.П. Шапиро организовал в нем лабораторию математического моделирования экологических систем, заведующим которой оставался до 1982 года.

По существу лаборатория состояла из двух групп: биологов с усиленной математической подготовкой под руководством В. Андреева и математиков под руководством В. Сафина. В группу биологов входили В. Дулепов, В. Mолотков, А. Броневский, Е. Фрисман. Группа математиков состояла из С. Луппова, В. Тверетиновой, Л. Красильниковой, Т. Лейбович. В течение ряда лет лаборатория интенсивно пополнялась новыми сотрудниками - молодыми специалистами. Группу математиков пополнили Н. Усольцева, А. Дмитриев, А. Четырбоцкий, Е. Скалецкая.

В группу биологов вошли Н. Орлова, Е. Дулепова, В. Пойс, Е. Ашихмина.

А.П. Шапиро (справа) и Е.Я. Фрисман (в центре) со студентками университета А.П. Шапиро и первые сотрудники А. Четырбоцкий, В. Молотков, В. Дулепов (1977год)

Содержание работы лаборатории определялось следующими направлениями:

  1. Теоретические исследования по использованию рекуррентных уравнений для описания динамических систем.
  2. Исследование моделей популяций хищников с трофической адаптацией.
  3. Прикладное моделирование. Построение моделей динамики численности конкретных популяций.

В рамках первого направления с именем А.П. Шапиро связано моделирование динамики численности популяций одномерными дискретными уравнениями и обнаружение эффекта возникновения автоколебаний (каскада удвоения циклов). Приоритет открытия Александром Павловичем этого эффекта в 1974 года отмечен академиком В.И. Арнольдом в книге «Теория катастроф» (М.: Наука, 1990). Вторым фундаментальным результатом стало открытие «явления динамической неустойчивости в простейших моделях динамики численности популяций с неперекрывающимися поколениями». Результаты были опубликованы в совместной с В.И. Арнольдом работе «Бифуркации дискретных динамических систем», вышедшей препринтом ИАПУ ДВНЦ АН СССР в 1977 г.

Эти результаты способствовали возникновению нового видения механизмов колебаний численности природных популяций и новых подходов к решению задач прогноза и оптимального управления динамикой популяций промысловых видов. И уже в 1982 г. в соавторстве с Е.Я. Фрисманом выходит работа «Fluctuations in isolated single-species population size and natural selection» (Biometrical Journal, 1982, N 5), а в соавторстве с Е.И. Скалецкой - «The existence of optimal strategy in the exploitation of limited biocenoses» (Ecology modeling, Great Britain, 1982, N 357).

Интереснейшие теоретические результаты по исследованию рекуррентных уравнений были получены Сергеем Петровичем Лупповым, который показал возникновение качественных изменений динамических режимов в рекуррентных уравнениях с запаздыванием (обобщение известной теоремы Шарковского). Основополагающей работой по данной тематике стала книга «Рекуррентные уравнения в теории популяционной биологии», вышедшая в соавторстве с А.П. Шапиро в 1983 году и ставшая уже в наши дни библиографической редкостью.

Слева направо: А.А. Дмитриев, С.П. Луппов и Е.Я. Фрисман

Тематика второго направления исследований также связана с именем А.П. Шапиро. Хотя при моделировании биоценозов с учетом трофической адаптации хищников к пище были получены интереснейшие результаты, опубликованная в то время А.П. Шапиро серия статей по этой теме не вызвала бурного интереса со стороны специалистов. Однако уже сегодня это направление в математической биологии, по существу открытое А.П. Шапиро, активно разрабатывается, особенно зарубежными исследователями. Правда, без упоминания о работах Александра Павловича.

Большая часть работ А.П. Шапиро была посвящена исследованиям двумерных дискретных моделей динамики численности, описывающих парные отношения популяций. В частности, была исследована устойчивость равновесных состояний и получены ее математические условия. Были разработаны математические модели частных случаев парных отношений – каннибализма (поедания взрослыми особями молоди того же вида), конкуренции с иерархической системой потребления пищи и т.д.

В рамках третьего  направления в лаборатории были разработаны модели динамики численности популяции северного морского котика (E.I. Skaletskaya, E.Ya. Frisman, A.E.  Kuzin « A mathematical model of the population dynamics of a local northern fur-seal herd», Ecological modeling, 1982, v.16, p. 151-172), маньчжурской белки (E.V. Ashikhmina, E.I. Skaletskaya, E.Ya. Frisman, A.N. Kulikov « Mathematical mode for dynamics of the number of pelt production the local population of mantchurian squirrels», Ecological modeling, 1985, v.30, p. 145-156), пятнистых оленей (Е.И.  Скалецкая, Е.Я. Фрисман).

Е.Я. Фрисман

После непростого для работы лаборатории периода, связанного с уходом А.П. Шапиро, в 1988 г. заведующим лабораторией был назначен Ефим Яковлевич Фрисман. Защитив в 1989 г. докторскую диссертацию, он в течение последующих 15 лет возглавлял лабораторию.

Научная деятельность Е.Я. Фрисмана связана с развитием математической теории эволюции и разработкой математических моделей пространственно-временной динамики популяционных и экологических систем. Е.Я. Фрисман получил ряд важных результатов по математической популяционной генетике, в частности, по влиянию экологических факторов на динамику генов. Выявлены механизмы первичной дивергенции генетической структуры популяций и проведен теоретический анализ ее условий. Предложена концепция F-отбора, объясняющая возникновение сложных режимов динамики численности в эволюции популяции.

Совместно с сотрудниками лаборатории Ефимом Яковлевичем разработаны новые методы моделирования динамики популяций конкретных промысловых видов Дальнего Востока, разработаны оптимальные стратегии их промысла. В этот же период в лаборатории разрабатывались принципы моделирования динамики численности сложно структурированной популяции промысловых видов животных, основанные на дискретно-непрерывном подходе.

Научную работу Е..Я. Фрисман совмещал с подготовкой кадров в высших учебных заведениях (в разные годы это были ДВГУ, МФТИ, ДВГТУ), где читал лекции по генетике, по математической биологии, по дифференциальным уравнениям, а также руководил курсовыми и дипломными работами. Увлеченность профессией и преподавательский талант Е.Я. Фрисмана привлек в лабораторию много новых молодых специалистов – выпускников местных вузов. В лабораторию пришли Э. Сычева (Дальрыбвтуз), специалисты по прикладной математике выпускницы ДВГТУ О. Жданова, Е. Ласт, Е. Колбина, выпускница ДВГУ С. Пак. В течение короткого промежутка времени под  руководством Е.Я. Фрисмана в лаборатории было защищено 5 кандидатских диссертаций. По существу, начался новый этап развития лаборатории.

Ю.Г. Израильский

В 2001 г. в лабораторию перешел один из старейших сотрудников института - Юрий Григорьевич Израильский, кандидат технических наук, выпускник МФТИ, специалист по моделированию океанических процессов. Он усилил применение сложных вычислительных методов при решении различных задач в разрабатываемых математических моделях для биологических систем.

А.И. Абакумов (1998 г.)

После назначения в 2003 году Е.Я. Фрисмана директором Института комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН (г. Биробиджан) лабораторию возглавил д.ф.-м. н., профессор А.И. Абакумов.

А.И. Абакумов после окончания в 1971 году математического факультета Новосибирского государственного университета работал преподавателем (от ассистента до доцента) в Дальневосточном политехническом институте (ныне ДВГТУ) и заведующим лабораторией в Тихоокеанском НИИ рыбного хозяйства и океанографии. В 1988 года А.И. Абакумов перешел в Академии наук на должность заведующего лабораторией моделирования экологических процессов Института прикладной математики ДВО АН СССР.

Область научных интересов - математическое моделирование в экологии c применением методов оптимизации и оптимального управления. Приложения связаны с исследованием водных экологических систем, управлением и оптимизацией процессов сбора урожая. Совместно с к.б.н. В.Г. Свирским в Тихоокеанском НИИ рыбного хозяйства и океанографии занимался моделированием тихоокеанской сардины. Результаты опубликованы  в ряде статей: «Энергетическая модель популяции с учетом возрастной структуры» (Известия АН СССР, серия биол., 1980, № 3), «Некоторые задачи экодинамики эксплуатируемых популяций и сообществ» (Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1985, №. 8, соавторы Ю.М. Свирежев и Н.Н. Тимофеев), «Optimum harvesting in discrete population models » (Papers on Mathematical Ecology. Budapes: Universit of Economics, 1988, v.2) и монографии «Управление и оптимизация в моделях эксплуатируемых популяций» (Владивосток: Дальнаука, 1993).

В различное время Александр Иванович преподавал математическое моделирование и смежные математические дисциплины, а также математическую экологию в ДВГУ и других вузах города Владивостока. Под его руководством защищено 6 кандидатских диссертаций, в том числе с.н.с. Е.Е. Гиричевой, пришедшей в лабораторию вместе с А.И. Абакумовым. Одна диссертация PhD защищена в Республике Казахстан.

А.И. Абакумов (2008 г.) А.И. Абакумов, Е.Е. Гиричева, Е.В. Ашихмина, С.Я. Пак (2010 г.)

В настоящее время под руководством А.И. Абакумова в лаборатории проводятся исследования по следующим направлениям:

  • разработка и теоретический анализ математических моделей для биологических систем
  • эволюционные модели популяционной генетики
  • исследование динамики популяций и сообществ
  • моделирование сообществ водных организмов и водных экологических систем
  • задачи управления и оптимизации в биологических системах

Лаборатория в разное время в тех или иных формах взаимодействовала и продолжает сотрудничать с российскими и зарубежными центрами математического моделирования в биологии и экологии: Институтом биологии моря и Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН (г. Владивосток), Институтом биофизики СО РАН (г. Красноярск),  Институтом физики атмосферы РАН (г. Москва), Вычислительным центром РАН (г. Москва), Институтами Пущинского научного центра РАН (г. Пущино), Южным научным центром РАН (г. Ростов-на-Дону), Международным обществом экологического моделирования (InternationalSocietyofEcologicalModelling). Сотрудники лаборатории участвуют в научных проектах, представляют свои научные результаты на российских и международных конференциях.

Помимо непосредственного большого вклада в научные исследования, необходимо отметить большую роль основателя лаборатории А. П. Шапиро в формировании нового направления исследований на Дальнем Восток, научной школы математической биологии. Специалисты, прошедшие школу А.П. Шапиро, и сейчас продолжают трудиться различных областях науки и образования.

Е.И. Скалецкая и Е.Я. Фрисман (2008 г)

Ефим Яковлевич Фрисман, д.б.н., проф., директор Института комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН (г. Биробиджан).

Елена Иосифовна Скалецкая, к.т.н. – ведущий сотрудник лаборатории Давида Пейджа (David C. Page) в Институте молекулярной генетики (Whitehead Institute for Biomedical Research, штат Массачусетс, США).

Владимир Иванович Дулепов, д.б.н., профессор, заведующий лабораторией экологических  систем Института проблем морских технологий ДВО РАН.

Виталий Евгеньевич Молотков, к.б.н., с.н.с. лаборатории экологических систем Института проблем морских технологий ДВО РАН.

Александр Наумович Четырбоцкий, д.ф.-м. н., ведущий научный сотрудник лаборатории компьютерных технологий Дальневосточного геологического института ДВО РАН.

Александр Михайлович Броневский, к.б.н., и Виталий Пойс, к.б.н., в 1984 году перешли на работу в Институт биологии моря ДВО РАН.

Елена Петровна Дулепова, д.б.н., ведущий научный сотрудник ТИНРО-Центра.

Александр Алексеевич Дмитриев, к.ф.-м.н., до 2009 года - с.н.с. ИАПУ ДВО РАН, в  2009 году перешел в Институт прикладной математики ДВО РАН.

Александр Викторович Тузинкевич, д.ф-м.н, живет и работает в г. Москве.

Елена Петровна Луппова, к.ф.-м.н., в последние годы заведовала кафедрой прикладной математики ДВГТУ.

Сергей Петрович Луппов в последний период своей жизни работал доцентом кафедры алгебры и геометрии ДВГУ.;