Минимальная структура базы для хранения данных о биологическом разнообразии организмов
Ключевые слова:
компоненты данных, данные об организме, географическая точка, таксономическое название, библиографическая запись, биологическая коллекция, коллекционный экземпляр, метаданныеАннотация
К настоящему времени накоплено огромное количество данных о разнообразии организмов. Сохранить и использовать эти данные для решения научных задач помогают базы данных. В литературе описано несколько десятков баз, предназначенных для хранения данных о биоразнообразии. Каждая имеет оригинальную структуру, которая плохо согласуется со структурами других баз, что, в свою очередь, затрудняет обмен данными и формирование массивов больших данных о биоразнообразии.
Причиной сложившейся ситуации является отсутствие формальных определений универсальных компонент, из которых можно построить базу с любыми данными о разнообразии организмов. Анализ литературы и исследования авторов показывают, что универсальные компоненты есть в характеристиках любых организмов. Например, таксономическое название организма и место его поимки. Таких компонент шесть, и они отвечают на один из шести вопросов: что, где, когда, кто, откуда и куда. Первые три компоненты – что, где, когда – являются фундаментальными. Они составляют минимальную основу, которая описывает экземпляр таксона в пространственно-временных координатах. Каждой компоненте соответствует отдельная таблица базы данных. Эти таблицы связаны с таблицей данных об организме (особи) и не связаны между собой. Атрибуты связей между особью и таблицами компонент хранятся в промежуточных таблицах.
Процесс создания любой базы о разнообразии живых существ начинается с определения таблицы экземпляров организмов. Ее необходимо использовать, даже если нет явных данных об организмах. Тогда следует ввести виртуальные организмы и связать с ними остальные компоненты при помощи промежуточных таблиц. Последние состыковываются с прочими данными. Минимальные структуры всех таблиц, связи между ними и примеры построения баз данных описаны в настоящей работе.
Литература
2. Шитиков В.К., Розенберг Г.С. Оценка биоразнообразия: попытка формального обобщения // Количественные методы экологии и гидробиологиию 2005. С. 91–129.
3. Скарлато О.А., Старобогатов Я.И., Лобанов А.Л., Смирнов И.С. Биоразнообразие и возможности его анализа с применением компьютерных банков данных // Биоразнообразие: Степень таксономической изученности. 1994. С. 20–43.
4. Запевалин А.А. Компьютерные структуры данных для решения проблем биоранообразия // Экология моря. 2001. Вып. 57. С. 103–108.
5. Seregin A.P. The largest digital herbarium in Russia is now available online! // Taxon. 2018. vol. 67. no. 2. pp. 465–467.
6. Pugachev O. et al. Creation of information retrieval system on the unique research collections of the Zoological Institute RAS // Information Technologies in the Research of Biodiversity. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. 2019. pp. 57–65.
7. Костина Н.В. Информационная система REGION: 25 лет развития и практического применения // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17. № 4-1. С. 15–24.
8. Лашин С.А. и др. Информационная система по биоресурсным коллекциям институтов ФАНО России // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. № 22(3). С. 386–393.
9. Шашков М.П., Чадин И.Ф., Иванова Н.В. Методические рекомендации по стандартизации данных для публикации через глобальный портал gbif.org и подготовке статьи о данных // Труды Кольского научного центра РАН. 2017. № 6-5(8). C. 22–35.
10. Wieczorek J. et al. Darwin core: an evolving community-developed biodiversity data standard // PLoS One. 2012. vol. 7. e29715.
11. Jones K.E. et al. PanTHERIA: a species-level database of life history, ecology, and geography of extant and recently extinct mammals // Ecology. 2009. vol. 90. no. 9. pp. 2648.
12. Дмитриева Е.В. др. Электронная коллекция паразитов рыб Мирового океана Института морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского // Морской биологический журнал. 2016. Т. 1. № 3. С. 27–31.
13. Гребенников К.А. Изучение биоразнообразия заповедников России в цифровой эпохе: опыт и перспективы // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2016. Т. 1. № 2. С. 1–10.
14. Лях А.М. Структура базы данных для виртуальных биологических коллекций // Системы контроля окружающей среды. 2019. № 3 (37). С. 29–34
15. Schneider F.D. et al. Towards an ecological trait-data standard // Methods in Ecology and Evolution. 2019. vol. 10. pp. 2006–2019.
16. Specht A. et al. A story of data won, data lost and data re-found: the realities of ecological data preservation // Biodiversity Data Journal. 2018. vol. 6. e28073.
17. Blair J. et al. Towards a catalogue of biodiversity databases: An ontological case study // Biodiversity Data Journal. 2020. vol. 8. e32765.
18. Parr C.S., Guralnik R., Cellinese N., Page R.D.M. Evolutionary informatics: unifying knowledge about the diversity of life // Trends in Ecology and Evolution. 2012. vol. 27. no. 2. pp. 94–103.
19. La J.S., Williams K.J., Moritz C. Biodiversity analysis in the digital era // Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences. 2016. vol. 371. no. 1702. pp. 2150337.
20. Лях А.М., Лелеков С.Г. Модульная структура таксономической базы данных // Электронные информационные системы. 2018. № 2. С. 59–70.
21. Лобанов А.Л. и др. Эволюция стандарта ZOOCOD – концепция отражения зоологических иерархических классификаций в плоских таблицах реляционных баз данных // Труды 10-й Всероссийской научной конференции «Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции» – RCDL’2008. С. 326–332.
22. Jackson J.B.C., Johnson K.G. Measuring past biodiversity // Science. 2001. 293. pp. 2401–2404.
23. Каменский П.А., Сазонов А.Э., Федянин А.А., Садовничий В.А. Биологические коллекции: стремление к идеалу // Acta Naturae. 2016. Т. 8. № 2(29). С. 6–10.
24. Чеченкина Т.В, Сотникова М.В. Можно ли оценить бесценное? К вопросу о сравнении стоимости научных коллекций // Управление наукой и наукометрия. 2019. Т. 14. № 4. 17 p.
25. Sabaj M.H. Standard symbolic codes for institutional resource collections in herpetology and ichthyology: an Online Reference. Version 6.5. URL: asih.org/sites/default/files/documents/symbolic_codes_for_collections_v6.5_2016.pdf (дата обращения: 22.06.2020).
26. Лях А.М. Уникальные семантические номера экземпляров биологических коллекций // Системы контроля окружающей среды. 2019. № 2(36). С. 43–50.
27. Guntsch A. et al. Actionable, long-term stable and semantic web compatible identifiers for access to biological collection objects // Database. 2017. vol. 2017. 9 p.
28. Касаткин М.В., Иванов А.П. Коллекция костей стеллеровой коровы Hydrodamalis gigas в Государственном биологическом музее имени К.А. Тимирязева // Зоологические исследования. 2018. № 20. С. 60–66.
29. Michener W.K. Meta-information concepts for ecological data management // Ecological Informatics. 2006. vol. 1. no. 1. pp. 3–7.
30. Berendsohn W.G., Seltman P. Using geographical and taxonomic metadata to set priorities in specimen digitization // Biodiversity Informatics. 2010. vol. 7. no. 2. pp. 120–129.
Minimal Structure of the Database for Storing Organisms’ Biodiversity Data
Abstract
To date, a huge amount of data on organisms diversity has been accumulated. Databases help to store and use these data for scientific purposes. There exists several dozens of databases for storing biodiversity data that were described in publications. Each has an original structure which badly correlates with the structures of other databases. This complicates data exchange and the formation of big biodiversity data array.
The cause of this situation is the lack of the formal definitions of universal data components, which allow to build the database with any data on the diversity of organisms. The analysis of publications and author’s experience show that such universal components are present in the characteristics of any organisms. For example, it is an organism taxonomic name and a location where it was found. There are six such components and they answer to one of the six questions: what, where, when, who, where from and where to. What determines the name of an organism; where determines the location where it was found; when indicates the date of finding; who enumerates the persons, who found and analyzed an organism; where from refers to publications, where data about an organism are extracted or published; where to shows in which biological collection an organism is put in.
Each component corresponds to a separate database table. These tables are linked to the table with data about organism (individual) and they are not linked with each other. Attributes of the links between the organism table and the component tables are stored in intermediate tables. They are used, for example, to store bibliographic facts, descriptions of collection items or geographical points. They also act as docking stations to which tables with any other information are attached.
The creation of any database about the diversity of living organisms begins with the definition of the table of organism specimens. It must be used even if there is no explicit data on organisms. In that case virtual organisms should be introduced and the other components should be linked with them by means of intermediate tables. The latter are docked to other data. Minimal structures of all the tables, links between them and examples of databases construction are described in the work.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Антон Михайлович Лях
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).