Журналы — Исследовательская работа школьников — Выпуск №4/2025
Научный руководитель: Мария Борисовна Жепская, учитель биологии муниципального автономного общеобразовательного учреждения гимназии г. Советский, Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный округ — Югра
Объектом исследования являются искусственные микроэкосистемы в объёме 1,5 мл. Цель работы — экспериментально проверить разработанную математическую модель, прогнозирующую выживание организмов в условиях ограниченных ресурсов на основе принципа энергоэффективности. В работе использованы методы микроскопии, математического моделирования и сравнительного анализа. В ходе эксперимента создано шесть образцов, проводился мониторинг численности инфузорий, водорослей, бактерий и микробактерий. Разработана математическая модель конкуренции пяти типов организмов за энергию. Установлено, что модель верно предсказывает общую тенденцию к доминированию энергоэффективного вида (водоросли) и долгосрочное упрощение системы. Однако эксперимент выявил более сложную нелинейную динамику, включающую «видовой бум» на 14-й день, что обусловлено способностью реальной системы к самоорганизации и созданию новых экологических ниш. Полученные результаты имеют значение для понимания фундаментальных законов экологии, могут применяться в образовательном процессе и при моделировании замкнутых биологических систем.
Ключевые слова: микроэкосистема, математическая модель, энергоэффективность, конкуренция, видовой бум, сукцессия, лимитирующие факторы
Microecosystem Dynamics: Experimental Validation of a Mathematical Model
Sergey Pavlyuchenko, 9th grade student, Municipal Autonomous General Education Institution Gymnasium of Sovetsky, Tyumen Oblast, Khanty-Mansi Autonomous Okrug — Yugra
Supervisor: Maria B. Zhepskaya, Biology Teacher, Municipal Autonomous General Education Institution Gymnasium of Sovetsky, Tyumen Oblast, Khanty-Mansi Autonomous Okrug — Yugra
Abstract. The object of the study is artificial microecosystems in the volume of 1.5 ml. The purpose of the work is to experimentally test the developed mathematical model that predicts the survival of organisms in conditions of limited resources based on the principle of energy efficiency. The methods of microscopy, mathematical modeling and comparative analysis are used in the work. During the experiment, 6 samples were created, the number of ciliate, algae, bacteria and microbacteria was monitored. A mathematical model of competition between five types of organisms for energy has been developed. It was found that the model correctly predicts the general trend towards the dominance of an energy-efficient species (algae) and the long-term simplification of the system. However, the experiment revealed a more complex nonlinear dynamic, including a “species boom” on the 14th day, which is due to the ability of the real system to self-organize and create new ecological niches. The results obtained are important for understanding the fundamental laws of ecology and can be used in the educational process and in modeling closed biological systems.
Keywords: microecosystem, mathematical model, energy efficiency, competition, species boom, succession, limiting factors
