6.6. Принципы теории систем в экологии

Экосистема – основная структурная и функциональная единица в экологии. Она включает в себя все организмы (биотическое сообщество), совместно функционирующие на конкретной территории, которые взаимодействуют с органической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой ее частями.

Теория экологических систем получила широкое развитие в трудах основоположников этого направления (Хатчинсон, Маргалеф, Уатт, Паттен, Ван Дайн, Одум и др.).

Согласно общей теории систем, под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей (элементов) со связями (взаимодействиями) между ними.

Любая система обладает 6 всеобщими свойствами, характерными для сложных систем. Это: 1 – эмерджентность, 2 – принцип необходимого разнообразия элементов, 3 – устойчивость, 4 – принцип неравновесия, 5 – обмен веществом и (или) энергией, 6 – эволюция (развитие).

Эмерджентность (от англ. emergence – неожиданно возникающий) – это степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов (то есть свойства всей системы не равны сумме свойств составляющих ее элементов, а представляют собой новое качество). Свойства системы зависят не только от составляющих ее элементов, но и от особенностей взаимодействия между ними.

Принцип необходимого разнообразия элементов сводится к тому, что любая система не может состоять из абсолютно одинаковых элементов. Разнообразие элементов, ее составляющих, является необходимым условием функционирования системы. Нижний предел разнообразия равен 2, а верхний – стремиться к бесконечности. Разнообразие и наличие разных форм состояний веществ, составляющих экосистему, определяет ее гетерогенность (неоднородность).

Устойчивость динамической системы и способность ее к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Если внешнее воздействие на биологическую систему превосходит энергетику ее внутренних взаимодействий, это может вызвать необратимые изменения, или гибель системы. Устойчивое, или стационарное состояние динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой внешней работой, для чего необходим приток энергии, ее преобразование в системе и отток за пределы системы.

Принцип неравновесия означает, что системы, функционирующие с участием живых организмов, являются открытыми, поэтому для них характерно изменение и отток энергии и вещества, что невозможно осуществить в условиях равновесного состояния.

Следовательно, любая экосистема представляет собой открытую, динамическую, неравновесную систему, которая стремится к динамическому равновесию.

Соотношение между устойчивостью, которая обеспечивается взаимосвязью между частями, и неустойчивостью из-за наличия флуктуаций, определяет порог устойчивости системы. Если порог устойчивости системы превышается, то система попадает в критическое состояние, которое называется точкой бифуркации. В точке бифуркации система становится неустойчивой и может перейти в новое состояние устойчивости. В точке бифуркации система находится в состоянии выбора одного или других путей эволюции (развития).

Природные системы являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией.

Принцип неравновесия означает, что системы в природе находятся в состоянии не статического, а динамического равновесия (движение вокруг точки устойчивости) Динамическое равновесие систем поддерживает динамическое равновесие в биосфере.

Гомеостаз – это способность системы поддерживать устойчивое (динамическое) равновесие в изменяющихся условиях среды.

Согласно принципу равновесия, система с проходящим через нее потоком энергии, склонна развиваться в сторону устойчивого состояния. Гомеостаз, существующий в природе, осуществляется автоматически, за счет механизмов обратной связи.

Естественное равновесие означает, что экосистема сохраняет стабильное состояние и важнейшие параметры неизменными, несмотря на воздействие факторов внешней среды.

Так как экосистема представляет собой открытую систему, то ее устойчивое состояние означает, что поступление вещества и поток энергии на входе и выходе сбалансированы.

Равновесие – важнейший принцип функционирования природных систем, который человек должен учитывать, как объективный закон природы.

Принцип эволюции: возникновение, существование и развитие всех экологических систем обусловлены эволюцией. Динамические устойчивые системы эволюционируют в сторону усложнения организации и образования системной иерархии (образование подсистем).

Эволюция любой системы ведет к увеличению суммарного потока энергии, проходящего через нее. С увеличением разнообразия и сложности системы происходит ускорение эволюции, что выражается в более быстром прохождении ступеней, эквивалентных по качественным сдвигам.

Все без исключения экосистемы (в том числе самая крупная – биосфера) являются открытыми, поэтому для своего функционирования они должны получать и отдавать энергию. Поток энергии т вещества на входе и выходе экосистемы должен быть сбалансирован.