Экосистемы. 
Основные законы и принципы экологии

Экосистемы. Основные законы и принципы экологии

экологический термодинамика избыточность среда Как и любая наука, экология имеет свои законы. В настоящее время их общее число достигает 250. Из этих обобщений есть твердые теоретические постулаты, часть сформулированных обобщений рассматриваются как аксиомы, теоремы, часть — как гипотезы и так далее (афоризмы, метафоры, догмы). Среди законов природы встречаются обычные в науке законы, которые жестко регулируют взаимоотношения между компонентами экосистемы, но большинство представляет собой законы как тенденции, которые действуют не во всех случаях. Они напоминают в каком-то смысле юридические законы, которые не противоречат развитию общества, если нарушаются изредка, но мешают нормальному развитию, если нарушения становятся массовыми.

Структурно и логически обобщить весь объем теоретических знаний очень сложно, поэтому в курсе лекций рассматриваются лишь общесистемные законы, по следующим разделам:

• — сложение экосистем
• — внутреннее развитие экосистем
• — термодинамика (энергетические законы) экосистем
• — иерархия экосистем
• — отношение система — среда

Законы сложения экологических систем Простейшее определение системы — совокупность взаимодействующих элементов, составляющих некое более или менее ограниченное целостное единство, в котором связи взаимодействия между элементами внутри системы сильнее, чем с внешними. Полное развернутое определение экологической системе дано на стр.

Группа законов о сложении систем дает представление об образовании таких совокупностей.

Один из таких законов это закон подобия части и целого. «Часть является миниатюрной копией целого, по этому все части одного уровня иерархии похожи друг на друга». Например, модель атома и солнечной системы: организм, состоящий из многих клеток и одноклеточный, при этом каждая клетка генетически представляет модель целого многоклеточного организма. Закон подобия части и целого не абсолютен. Электрон не может быть моделью организма. Этот закон справедлив при структуре одного уровня иерархии.

Закон подобия части и целого не подразумевает их абсолютной идентичности. Наоборот существует аксиома эмерджентности: «Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у него частей (подсистем), и не равно сумме элементов, объединенных системообразующими связями».

При сложении системного целого образующая интеграция подчиняется иным закона формирования, функционирования и эволюции. Например, дерево или группа деревьев — это еще не лес. Для леса необходимо сочетание всех его экологических компонентов, составляющих именно его экосистему, образование круговоротов веществ, микроклимат и т. д.

При всей очевидности аксиомы эмерджентности ее не всегда учитывают в практической деятельности.

Ни какая система не может быть сформирована из абсолютно идентичных элементов. Отсюда вытекает закон необходимого разнообразия: для каждого типа систем необходимое разнообразие количественно различно. Нижний предел не менее двух элементов, верхний предел — бесконечность.

Системные образования состоят из подсистем. Их необходимое число, разнокачественность более или менее постоянны. Для простейших систем это очевидно, например, два атома кислорода дают кислород, три — азот, а вот для более сложных систем ясность теряется. Например, каково должно быть число и разнокачественность функциональных составляющих биотического сообщества? В общем виде ответ несколько неожиданный: столько, сколько необходимо для его формирования, много, но не строго фиксировано и различно в зависимости от географического места, среды жизни и других факторов.

Эта неопределенность отражается в законе (правиле) полноты составляющих: число функциональных составляющих системы и связей между ними должно быть оптимальным — без недостатка или избытка в зависимости от условий среды или типа системы.

Жесткие системы строго фиксированы, например, молекула вещества состоит из определенного числа атомов. Четкие лимиты характерны для всех систем, но экологические их модификации не теряют функциональных черт при довольно большом разбросе числа составляющих. Для большинства экосистем характерны даже колебания количества входящих видов, но размах колебания ограничен законом необходимого разнообразия.

Колебания числа составляющих подчиняются действию закона избыточности системных элементов при минимуме числа вариантов в организации: избыточность числа системных элементов нередко служит непременным условием существования системы, условием ее качественно — количественной саморегуляции, надежности и обеспечивают ее равновесное состояние.

В то же время число вариантов организации ограничено, т. е. природа часто «повторяется», если говорить о количестве типов организации, отсюда многочисленные структурные аналогии и гомологии, формы организации общественных процессов и т. д.

Избыточность системных элементов может быть заменена повышением качества этих составляющих (например, индивидуальной надежности) или их агрегации, согласно, принципа перехода избыточности в самоограничение. Фактически все мироздание подтверждает справедливость этого принципа. Движущим механизмом преобразования экологических систем служит «выгода», т. е. система стремится к надежности, устойчивости при объединении.

При сложении систем природа часто прибегает к принципу конструктивной эмерджентности: надежная система может быть сложена из надежных элементов или из подсистем, не способных к индивидуальному существованию. Примеры этого правила очень разнообразны: колониальные организмы (кораллы), насекомые (муравьи, пчелы, термиты), иерархическое строение биоценозов, экосистем и т. д.

Следствием принципа конструктивной эмерджентности является закон (правило) перехода в подсистему или принцип кооперативности: саморазвитие любой взаимосвязанной совокупности, ее формирование в систему приводит к включению ее как подсистемы в образующуюся или существующую надсистему. «Кооперативный эффект» дает значительный вещественно — энергетический информационный выигрыш. Однако при избыточности системных элементов системы проявляются на всех уровнях организации материи и его часто называют системным или системообразующим эффектом.

Преимущество постоянно растет согласно закону (принципу), увеличение степени идеальности, или «эффекту чеширского кота»: гармоничность отношений между частями системы историко — эволюционно возрастает (кот уже исчез, а улыбка его осталась). Этот принцип практически не имеет исключений, будь то отношение типа «хищник — жертва», морфологическо — физиологическая корреляция органов в организме, взаимоотношение государств и т. д.

Принципу кооперативности противостоит закон системного сепаратизма: разнокачественные составляющие системы всегда структурно независимы, т. е. между элементами системы существует функциональная связь, может быть взаимопроникновение, но это не лишает элементы структурной самостоятельности и целостности каждого элемента. Например, организм состоит из органов, каждый из которых выполняет свою функцию; или, например, государства в истории неоднократно укрупнялись, распадались в силу действия законов оптимальности размеров и сепаратизма наций и народов.

Обобщающим законом сложения систем является закон оптимальности: с наибольшей эффективностью система функционирует в некоторых характерных для нее пространственно — временных пределах. Размер системы должен соответствовать выполняемым его функциям. Этот размер называют характерным размером системы. Например, самка млекопитающих не может быть микроскопической, ни гигантской; чтобы летать, птица не может быть слишком большой и т. д. Размер национальных государств строго ограничен, и империи обречены на распадение, и в то же время исходя из закона перехода в подсистему, государства не могут не кооперироваться.