The principles and methods of fractal analysis of the species structure of freshwater phytoplankton, zooplankton, and macrozoobenthos communities of plain water reservoirs and urban waterbodies are discussed. The theoretical foundation and experimental verification are provided for the authors' concept of self-similar (quasi-fractal) nature of the species structure of communities. According to this concept, the adequate mathematical image of species richness accumulation with growing sampling effort is quasi-monofractals, while the generalized geometric image of the species structure of the community is a multifractal spectrum.
Two approaches are suggested for describing taxic diversity as a fractal, or self-similar, object. One of them called "sampling approach" is based on necessity of taking into account the sampling process and on proceeding from the real ecological practice of exploration of the community structure. Verification of this approach is fulfilled using a multifractal analysis of the generic diversity of vascular plants of the National Park "Samarskaya Luka". The previously revealed regularities of multifractal spectrum of the species structure of communities are shown to be true to an extent for the generic structure, as well. The second approach called "topological" one is based on an abstract representation of the results of evolutionary process in form of phylogenetic tree characterized by a non-trivial topological structure. Approbations of this approach is fulfilled by analysis of topological structure of the taxonomic tree of the class Mammalia, our calculations indicating fractal properties of its graph. These results make it reasonable to suppose that the taxic diversity, as a replica of the real diversity of the fractally organized organic world, also possesses self-similar (fractal) structure.
The possibility has been shown to apply multifractal analysis for the description of the parasite community species structure using the example of Lacerta agilis parasites of the Pustyn Reserve. Analysis results confirm and develop the idea that self-similarity is the underlying principle of species structural organization in biotic communities and, particularly, in parasite communities.
Предложено два подхода к описанию таксономического разнообразия как фрактального, или самоподобного объекта. Первый из них - "сэмплинговый", основан на необходимости учета динамики выборочного процесса при исследовании разнообразия и отталкивается от реальной экологической практики изучения структуры сообществ. Верификация "сэмплингового" подхода осуществлена при мультифрактальном анализе таксономического разнообразия родовой структуры сосудистых растений национального парка "Самарская Лука". Показано, что закономерности, полученные ранее для мультифрактального спектра видовой структуры сообщества, в известной мере справедливы и для спектра родовой структуры. Второй подход - "топологический", базируется на абстрактном представлении результатов эволюционного процесса в виде филогенетического дерева, обладающего нетривиальной топологической структурой. Апробация этого подхода осуществлена путем анализа топологической структуры систематического дерева класса млекопитающих, показавшего фрактальность его графа. Полученные результаты дают основание полагать, что таксономическое разнообразие как реплика естественного разнообразия фрактально организованного органического мира также обладает самоподобной (фрактальной) структурой.