«ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ »

В предыдущем номере нашего бюллетеня была опубликована статья М. Козлова “Стабильность развития: мнимая простота методики”. Принимая данную статью к публикации, мы не предполагали, что она вызовет такой резонанс.

Следует отметить, что мне по роду моей работы пару раз приходилось сталкиваться с использованием некоторыми исследователями метода, критикуемого М. Козловым. И, к сожалению, должен признаться, что в исполнении этих исследователей данный метод произвел на меня тяжелое впечатление как слабо научно проработанный и недостаточно методически обеспеченный.

С другой стороны, должен заметить, что за четверть века занятия наукой мне уже не раз приходилось сталкиваться с ситуациями, когда скоропалительное и безграмотное использование компрометировало самые методически корректные подходы и прекрасные методики.

Поэтому редколлегия считает своим долгом опубликовать на страницах бюллетеня ответы авторов критикуемой методики и ее пользователей.

Зам. главного редактора бюллетеня,
канд. биол. наук А. В. Щербаков

СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ: ЕЩЕ РАЗ О МНИМОЙ И РЕАЛЬНОЙ ПРОСТОТЕ МЕТОДИКИ

Мы с интересом узнали о критической статье М. Козлова “стабильность развития: мнимая простота методики” по поводу опубликованного нами методического пособия “Здоровье среды: методика оценки” (Захаров, Баранов и др., 2000), напечатанной в бюллетене “Заповедники и национальные парки”, № 36. Критика всегда помогает развитию. К сожалению, ознакомившись с текстом статьи, мы не смогли обнаружить конструктивных замечаний по нашему подходу. Однако поскольку заметка была опубликована в издании, основной аудиторией которого являются сотрудники ООПТ, в последние годы интенсивно развивающие систему экологического мониторинга с применением метода оценки стабильности развития, мы посчитали своим долгом ответить на приведенные замечания.

Прежде всего методика в том виде, в котором она описана в нашем руководстве, предложена для решения практических задач для широкого применения ее на ООПТ. В связи с этим она дана в упрощенном виде. Однако следует заметить, что допущенные упрощения абсолютно корректны.

О том, что “оптимистический взгляд на универсальность соотношения между неблагоприятным воздействием на организм и уменьшением устойчивости развития, которое проявляется в увеличении флуктуирующей асимметрии”, обоснован, свидетельствует наш многолетний опыт ведения экологического мониторинга в различных регионах России в популяциях, подверженных как химическим, так и радиационным воздействиям. При этом применялся не только морфологический, но и другие тесты, характеризующие состояние организма: цитогенетический, иммунологический, биохимический и физиологический подходы (Захаров, Чубинишвили и др., 2000). Как показали исследования, все эти показатели изменяются согласованно, что неудивительно, так как все они отражают состояние базовой характеристики состояния организма — гомеостаза.

Кроме того, в пользу “оптимистического взгляда” свидетельствуют и те две трети публикаций, о которых пишет М. Козлов и в которых были получены положительные результаты. Кстати, положительные результаты получены и в работах самого М. Козлова. Причины “отрицательных” результатов, полученных, по утверждению автора, в одной трети статей, видимо, могут быть разными. Отметим, по нашему мнению, главные из них.

Прежде всего — это неточности первичных данных, то есть промеров или просчетов различных морфологических структур. При кажущейся простоте подхода добиться однозначности первичных результатов оказывается непросто. Если первичные данные получены небрежно, никакая их статистическая обработка не спасет ситуации. В нашей практике сотрудникам ООПТ без специальной подготовки зачастую также не удавалось получать надежные результаты. На основании этого можно было бы опубликовать несколько статей, ставящих под сомнение правомочность использования методики. Мы вместо этого проводим обучающие семинары, после которых “отрицательные” результаты обычно исчезают. Еще одной причиной “отрицательных” результатов является то, что исследователь обычно думает, что знает, когда имеет место стресс, а отсутствие изменения стабильности развития рассматривается им как свидетельство слабости метода. При этом нередко остается загадкой, как же определяется наличие стресса (не воздействия, что обычно определяется по химическим и физическим анализам загрязнения, а ответной реакции организма). С одной стороны, если ситуация и так известна, то зачем проводится анализ стабильности развития? С другой стороны, если мы не видим искомого ответа по стабильности развития, то на каком основании делается вывод о наличии стресса? Мы используем данный подход для получения однозначного ответа о наличии изменений состояния организма в ответ на самые различные воздействия.

Большие претензии М. Козлов высказывает в отношении методов статистической обработки данных. Высказываются следующие замечания:

1) необходимо проверять признаки на направленность асимметрии и антисимметрию;
2) не суммировать асимметрию по отдельным признакам;
3) в качестве показателя асимметрии использовать дисперсию, а не среднюю величину асимметрии;
4) не использовать t-критерий Стьюдента для сравнения выборок, а пользоваться дисперсионным анализом (ANOVA);
5) избегать мнимых повторностей. Ниже мы хотели бы прокомментировать эти замечания.

1. При разработке системы признаков для анализа стабильности развития для всех рекомендованных в нашем методическом руководстве объектов мы проводили анализ признаков на направленность асимметрии и антисимметрию. Как показали наши исследования, ни направленной асимметрии, ни антисимметрии для этих признаков не наблюдается. Поэтому каждый раз проводить такой анализ для объектов, система признаков которых хорошо отработана, нет необходимости.

2. Нельзя надежно охарактеризовать стабильность развития организма, анализируя лишь один признак. При работе с одним признаком, как это делает в своих исследованиях М. Козлов, велик элемент ошибки. Для характеристики организма в целом нам необходима выборка признаков. Использование интегральной характеристики позволяет сглаживать различия между чувствительностью признаков в разных выборках. А так как, в конечном счете, нас интересует стабильность развития не одной конкретной особи, а популяции в целом, мы используем среднюю величину для популяционной выборки.

3. Так как использование интегрального показателя по ряду признаков более целесообразно для наших целей, то становится ясно, почему мы рекомендуем использовать среднюю величину асимметрии, а не дисперсию. В принципе, при использовании нескольких признаков можно также просчитать и обобщенную дисперсию для выборки, однако такой подход достаточно сложен и мы не можем рекомендовать его для широкого применения в практических целях (Zakharov et al., 1991). Кроме того, существенным недостатком дисперсии как показателя является ее высокая чувствительность к сильно уклоняющимся вариантам. Важным преимуществом использования средней величины асимметрии является то, что на основе такого интегрального показателя возможно построение балльной шкалы для оценки степени отклонения стабильности развития от нормы, которая позволяет представлять результаты более наглядно. Когда мы начинали разработку нашей методики, для характеристики уровня асимметрии мы также использовали дисперсию, однако в дальнейшем от применения этого показателя отказались.

4. Сравнение средних можно производить как с применением t-критерия Стьюдента, так и методом ANOVA, рекомендуемым М. Козловым. Если говорить о сравнении выборок, то оба подхода близки и могут быть выведены один из другого. Математически эти два теста эквивалентны (Sokal, Rolph, 1981). Кроме того, главное назначение дисперсионного анализа состоит в оценке влияния определенных факторов, что вполне соответствует задачам исследований самого М. Козлова, хотя для работы с природным материалом для этого лучше использовать непараметрические критерии. Задача опубликованного нами практического руководства — обеспечить сбор данных по единой методике с использованием интегральных показателей асимметрии и оценить их отклонения от условно нормального состояния. Для этого использование t-критерия Стьюдента адекватно и корректно.

5. Что касается мнимых повторностей, то здесь все зависит от гипотезы, которую мы проверяем. Если мы сравниваем стабильность развития в двух точках, расположенных на разном удалении от источника загрязнения и, найдя различия, утверждаем, что стабильность развития в этих точках различна, то наше утверждение корректно. Об этом говорится и в статье С. Харлберта (Hurlbert, 1984), упоминаемой М. Козловым. Именно такой схемы мы придерживаемся в наших исследованиях. Такой подход обоснован, тем более что воздействие источника загрязнения часто носит направленный характер (в направлении господствующих ветров) и нет смысла искать эффект воздействия в противоположном направлении, как рекомендует М. Козлов.

Кроме вышеперечисленных замечаний М. Козлов говорит о том, что материал необходимо обрабатывать с особой точностью, а именно — делать промеры с точностью до 0,5 мм и одни и те же образцы промерять 2—3 раза. Это замечание относится только к объектам, для которых мы используем мерные признаки, то есть к растениям, а еще точнее — к березе. Определить необходимую точность измерения можно только эмпирически, так как она зависит от вариабельности измеряемой структуры и используемой измерительной техники. Учитывая ошибку измерения, промеры листа березы с точностью менее 1 мм не имеют смысла. Повышение точности измерения, если оно находится в пределах ошибки, ни к чему, кроме некоторого искажения результата, привести не может. Чтобы избежать влияния размера листа на уровень асимметрии, мы, во-первых, сравниваем листья одного размерного класса, а во-вторых — используем не абсолютные различия между левой и правой сторонами листа, а анализируем величины, нормированные относительно размера листа. К тому же весь наш материал по растениям обрабатывает один оператор, что также снижает влияние ошибки измерения на конечные результаты. Повторяем, необходимо иметь в виду, что речь идет о практической методике, а при большом объеме материала проводить все измерения по 2—3 раза нереально.

С советом М. Козлова “внимательно подходить к выбору мест сбора материала” нельзя не согласиться. В нашей работе мы, как правило, анализируем выборки из мест, удаленных друг от друга не более чем на 20 км. Едва ли можно ожидать, что точки, удаленные друг от друга на такое расстояние, находятся под влиянием существенно различающихся климатических условий.

Нам непонятно голословное утверждение М. Козлова о том, что, используя нашу методику, он может доказать, что любой источник выбросов не оказывает отрицательного влияния на состояние окружающей среды. Получая данные по стабильности развития, мы целенаправленно и успешно искали подтверждений в изменении показателей других подходов к оценке состояния организма. Кроме того, работы, проведенные в заповедниках в 2000 г., свидетельствуют о том, что при наличии воздействия пользователям нашей методики удается оценивать изменения состояния организмов (Захаров, Чубинишвили, 2001). На каком основании и с какой целью все эти данные ставятся под сомнение, оставляем на совести М. Козлова.

Утверждение о том, что статьи, в которых материал обработан с применением предлагаемой нами методики, не могут быть приняты к публикации в международных журналах, не соответствует действительности. Статьи сотрудников нашей лаборатории, где приведены данные, полученные при помощи предлагаемой методики, неоднократно публиковались в международных журналах, а два выпуска международных журналов (Acta Zoologica Fennica, 1992; Acta Theriologica, 1997) были специально посвящены этим результатам.

Нужно отметить, что показатель асимметрии, который мы рекомендуем, — не наше изобретение. Он впервые был использован в работах Р. Лири и его соавторов (Leary et al., 1983) и с тех пор широко используется в мире. В обзорной статье Р. Палмера и К. Стробека (Palmer, Strobeck, 1986), на которую, кстати, ссылается М. Козлов, упоминаются по крайней мере 14 иностранных исследователей, использующих аналогичный показатель.

Приводя список литературы в конце нашего методического руководства, мы не ставили перед собой задачи продемонстрировать знание нами мировой литературы, в чем не сомневается и автор критической заметки, а отсылаем читателей к доступным специальным источникам. Помимо доступности здесь есть и еще одна причина — данные, представленные в перечисленных статьях, собраны и обработаны по рекомендуемой методике. Мы благодарны М. Козлову за мнение, что “заподозрить авторов в незнании англоязычной литературы невозможно”, и в свою очередь не можем заподозрить его в незнании русского языка, на котором мы продолжаем публиковаться. Многие ответы на свои вопросы М. Козлов мог бы найти в наших публикациях, начиная с монографии В. М. Захарова (1987) и кончая специальным выпуском журнала Онтогенез за 2001 г. (т. 32, № 6).

Некоторое удивление вызывает манера, в которой написана критическая заметка М. Козлова. В ней неоднократно высказывается сожаление по поводу отсталости российской науки. По его мнению, у него, как у представителя финской науки, есть все основания для снисходительного тона старшего товарища. Вот несколько цитат: “Такое упрощение я считаю крайне опасным: оно наверняка приведет к публикации в российских изданиях целого ряда работ, которые с точки зрения мирового научного сообщества будут представлять собой #“информационный шум#””; “этот метод, прочно укоренившийся в сознании российских биологов, в настоящее время на Западе практически не используется, а сравнение выборочных оценок флуктуирующей асимметрии проводится с применением дисперсионного анализа”; “к сожалению, проблема мнимых повторностей в экологических исследованиях, с которой западные ученые после вышеуказанной публикации успешно борются, остается совершенно неизвестной для российских ученых”. Хотелось бы заверить, что не все так плохо в российской науке. Конечно, если нет доводов более серьезных, чем постулат “это хорошо, потому что так поступают на Западе”, в качестве основного можно использовать и его, но нам это не кажется достаточно убедительным. На наш взгляд, использование любого метода — не мода или попытка встать в строй западных исследователей и минимально выделяться среди них, чтобы тебя приняли за своего, а сознательный выбор в соответствии с поставленной задачей.

Если снова вернуться к вопросу о простоте методики, то можно отметить следующее. Разумеется, она мнимая, если считать, что кто-то вместо серьезного исследования предлагает сорвать несколько листьев, приложить к ним линейку и на основании того, сколько промеров асимметрично, сделать глубокие выводы о состоянии среды с претензией на характеристику ее здоровья. Но эта методика реальна, если учесть, что каждый ее шаг точно выверен и представляет собой вершину айсберга, которая покоится на обосновании, полученном большой группой специалистов разного профиля в течение более чем двадцатилетней работы. Упрощение метода до определенного уровня, как известно, является непременным условием его пригодности для широкого практического использования и свидетельством зрелости подхода.

В завершение хотелось бы выразить благодарность М. Козлову, критическая заметка которого дала нам повод вернуться к опубликованному материалу и подробнее остановиться на вопросах, которые могут возникать у читателей нашего методического руководства.

Литература

Захаров В. М. Асимметрия животных. — М.: Наука, 1987. — 161 с.

Захаров В. М., Баранов А. С., Борисов В. И., Валецкий А. В., Кряжева Н. Г., Чистякова Е. К., Чубинишвили А. Т. Здоровье среды: методика оценки. — М.: Изд. Центра экол. политики России, 2000. — 66 с.

Захаров В. М., Чубинишвили А. Т. Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях. — М.: Изд. Центра экол. политики России, 2001. — 148 с.

Захаров В. М., Чубинишвили А. Т., Дмитриев С. Г., Баранов А. С., Борисов В. И., Валецкий А. В., Крысанов Е. Ю., Кряжева Н. Г., Пронин А. В., Чистякова Е. К. Здоровье среды: практика оценки. — М.: Изд. Центра экол. политики России, 2000. — 318 с.

Acta Theriologica. — 1997. — Suppl. 4. — 92 p. — [Developmental Homeostasis in Natural Populations of Mammals: Phenetic Approach / Eds. V. M. Zakharov and A. V. Yablokov].

Acta Zoologica Fennica. — 1992. — № 191. — 200 p. — [Developmental Stability in Natural Populations / Eds. V. M. Zakharov and J. H. Graham].

Hurlbert S. H. Pseudoreplication and the design of ecological field experiments // Ecol. Monogr. — 1984. — Vol. 54, № 2. — P. 187—211.

Leary R. F., Allendorf F. W., Knudsen K. L. Developmental stability and enzyme heterozygosity in rainbow trout // Nature. — 1983. — Vol. 301. — P. 183—194.

Palmer A. R., Strobeck C. Fluctuating asymmetry measurement, analysis, patterns // Ann. Rev. of Ecol. and Systematics. — 1986. — Vol. 17. — P. 391—421.

Sokal R. R., Rohlf J. F. Biometry. — San Francisco: Freeman, 1981. — 859 p.

Zakharov V. M., Pankakoski E., Sheftel B. I., Peltonen A., Hanski I. Developmental stability and population dynamics in the common shrew, Sorex araneus // The Amer. Naturalist. — 1991. — Vol. 138, № 4. — P. 797—810.

Коллектив авторов
практического руководства для заповедников
“Здоровье среды: методика оценки”.
Россия, 119991, ГСП-1,
Москва, ул. Вавилова, д. 26, ЦЭПР.
E-mail: anzuz@online.ru

ЕЩЕ РАЗ О СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ
[Публикуется с сокращениями]

Мы полностью солидарны с М. Козловым по поводу кажущейся (здесь и далее — курсив автора) простоты метода оценки флуктуирующей асимметрии (далее — ФА), предложенной группой В. М. Захарова, но не более того. Иллюзия простоты, жертвой которой стал М. Козлов, обусловлена тем, что авторы критикуемого им руководства отнюдь не ставили своей целью вооружить работников заповедников методом выявления и обоснования флуктуирующих признаков. Задача руководства скромнее — привить навыки практического пользования новым методом. Этому предшествовала многолетняя кропотливая научная работа группы В. М. Захарова, отраженная и обобщенная в многочисленных статьях, диссертациях, монографиях, хорошо известных отечественным и зарубежным исследователям.

Следует еще раз согласиться с М. Козловым, что методология стабильности развития (но никак не “устойчивости развития” — с. 24) далека до завершения. Однако манипулирование читателем путем цитирования броских заголовков статей (например, “Вальсирование с асимметрией” А. Палмера) вряд ли уместно. Кстати, и сам А. Палмер, являющийся признанным апологетом ФА, в своей работе (Palmer, Strobeck, 2001) обсуждает 18 алгоритмов оценки ФА, но отнюдь не предает ее анафеме. О необходимости совершенствования методов количественных оценок ФА шла оживленная дискуссия на 3-й Международной конференции “Здоровье среды” (22—23 мая 2001 г., Москва). Там мы высказали и свои предложения, которые в полном объеме опубликованы в Трудах государственного природного заповедника “Керженский” (Гелашвили и др., 2001а). На этой же конференции выступал сам А. Палмер и другие специалисты.

Но в чем нельзя согласиться с М. Козловым, так это в подборе его аргументов, которые в полемическом задоре свелись к эклектике и подтасовке фактов.

1. Об ошибках измерений. Алгоритм стандартной процедуры оценки ФА изучаемого признака всегда начинается с обязательной проверки статистически значимого отличия от нулевого среднего (тест на ненаправленность и случайность флуктуаций). Этот этап необходим на стадии выбора, обоснования и верификации флуктуирующего признака. В методическом руководстве В. М. Захарова и сотрудников приведены признаки, для которых этот этап был выполнен в предшествующих работах! Кстати, выражение М. Козлова “идеально симметричный организм” является информационным шумом, поскольку в реальном мире идеальной симметрии не существует! (Вейль, 1968).

2. Вызывает недоумение фраза: “наложившаяся на уменьшение размера листа при приближении к комбинату” (с. 24). Можно только выразить сожаление, что М. Козлов не учел эффект масштабирования линейных размеров, что обязательно необходимо делать при использовании пластических признаков. Кстати, мы предложили учитывать этот эффект и для меристических признаков.

3. Еще большее недоумение вызывает фраза: “если анализируемые признаки скоррелированы”. Безусловно, скоррелированные признаки или их асимметрию использовать для оценки ФА нельзя. Но какое отношение это имеет к авторам руководства, которые рекомендуют нескоррелированные признаки листовой пластинки березы. Что касается “свертывания информации”, то процедура суммирования (линейная) — один из распространенных подходов в индексологии. Мы предложили (Гелашвили и др., 2001б) новый подход математической процедуры, позволяющей с любой степенью точности определять ФА, заимствованный из кристаллографии и основанный на использовании так называемой свертки.

4. Совершенно непонятно, чем плох t-критерий Стьюдента, который может и должен применяться при парных сравнениях (независимо от географии и на Западе, и на Востоке). При множественных сравнениях следует, например, применять поправку Бонферрони. Что касается дисперсионного анализа, то теоретический анализ и наш опыт изучения ФА общественных насекомых (Радаев, 2001) свидетельствует об эффективности многомерного дисперсионного анализа (MANOVA).

Таким образом, создается впечатление, что М. Козлов поделился с читателями анализом собственных ошибок в исследовании ФА. Что ж, этот опыт весьма поучителен.

В заключение не могу отказать себе в удовольствии еще раз процитировать М. Козлова: “Я считаю это направление весьма многообещающим, но лишь при условии тщательного сбора исходной информации и скрупулезного анализа полученных результатов” (с. 25). С этим выводом трудно не согласиться.

Литература

Вейль Г. Симметрия. — М.: Наука, 1968. — 191 с.

Гелашвили Д. Б., Краснов А. Н., Логинов В. В. и др. Методологические и методические аспекты мониторинга здоровья среды. Здоровье среды Керженского заповедника // Природные условия Керженского заповедника и некоторые аспекты охраны природы Нижегородского Заволжья. — Н. Новгород, 2001. — С. 287—324. — [Тр. гос. природного заповедника “Керженский”; Т. 1.]

Гелашвили Д. Б., Чупрунов Е. В., Радаев А. А. Оценка степени симметрии тест-организмов в биомониторинге наземных и водных экосистем // Материалы Междунар. конф. “Малые реки: соврем. экол. сост., акт. пробл.”. — Тольятти, 2001б. — С. 53.

Радаев А. А. Биоэкологические закономерности стабильности развития пчелы медоносной Apis mellifera L. и их применение в биомониторинге: Автореф. дис… канд. биол. наук. — Н. Новгород, 2001. — 16 с.

Palmer A., Strobeck C. Fluctuating Asymmetry Analyses Revisited. — 2001.

Д. Б. Гелашвили,
каф. экологии
Нижегородского гос. ун-та
им. Н. И. Лобачевского