Популяция волка

Рис.8.4. Регуляция численности популяций в биоценозе по принципу отрицательной обратной связи

Популяция зайца

Для человека особенно важно эффективно управлять искусственными агроэкосистемами для обеспечения себя пищей. На сельскохозяйственном поле входными воздействиями являются обработка земли, внесение удобрений, освещённость, поступление влаги, тепла, воздействие насекомых- опылителей, вредителей, сорняков и болезней. В качестве основной выходной характеристики удобно использовать величину полученного урожая. Однако это не позволяет оперативно управлять входными характеристиками. Для оперативного управления желательно использовать такие выходы, которые можно отслеживать непрерывно, например, высоту растений, диаметр стеблей, количество листьев, величину листовой поверхности, скорость движения воды по сосудам растения, интенсивность испарения воды растениями и т.д.

Следует иметь в виду, что контроль одной, даже наиболее существенной выходной характеристики не гарантирует надёжного достижения цели – высокого урожая. Биологам хорошо известно, что при определённом сочетании входных воздействий можно добиться очень интенсивного развития листьев и зелёной биомассы, но при этом не получить плодов и семян. Поэтому, чем больше выходных характеристик используется в процессе регулирования, тем это регулирование надёжней.

Очень важно также иметь как можно больше контролируемых входов. Это обеспечивается созданием систем выращивания растений в закрытом грунте (парники, теплицы), когда можно оптимально управлять светом, теплом, питанием, орошением и более эффективно бороться с вредителями. Но стоимость урожая в таких системах заметно выше.

С развитием кибернетических идей в биологии появились попытки использовать эти идеи и для объяснения эволюционного процесса. Одним из первых это сделал советский биолог И.И. Шмальгаузен [40]. В качестве кибернетической системы Шмальгаузен рассматривает популяцию как элементарную эволюционирующую единицу, способную преобразовываться в новый биологический вид (рис.8.5).

Элиминирую­-щие факторы

Популяция, как сложная природная система, испытывает множество входных воздействий, часть которых можно сгруппировать в укрупнённые входы. К таким входам, имеющим наибольшее значение для эволюции, можно отнести группу мутагенных факторов (именно они меняют свойства организмов) и группу факторов которые при определённых условиях могут приводить к гибели отдельных особей. Такие факторы называются элиминирующими.

Среди наиболее важных для эволюции выходных характеристик Шмальгаузен также выделяет две основные группы: способность организмов использовать различные природные ресурсы (пища, убежища и т.д.) и способность противостоять элиминирующим факторам (холодоустойчивость, жароустойчивость, устойчивость к инфекциям, инвазиям, защищённость от хищников и т.п.).

Мутации, проявляющиеся в виде доминантных генов, будучи преимущественно вредными, приводят к появлению особей с пониженной способностью к использованию жизненных ресурсов или с пониженной устойчивостью к элиминирующим факторам. Эти отклонения выходов от нормы, действуя как отрицательные обратные связи, усиливают элиминацию (устранение) неполноценных особей, и популяция возвращается в исходное, стабильное состояние, в котором большинство особей нормально взаимодействуют со средой. Реализуется разновидность естественного отбора, которая называется стабилизирующим отбором (гомеостаз).

В случае же накопления в популяции рецессивных (не проявляющихся в виде изменённых свойств организмов) генов, в результате скрещивания начинают возникать различные комбинации, которые в редких случаях могут оказаться более удачными, чем существующие. Новые организмы приобретают способность лучше использовать ресурсы и успешней противостоять элиминирующим факторам. Эти новые свойства усиливают действие элиминирующих факторов на основную массу особей со старыми, менее удачными свойствами. Это проявляется как положительная обратная связь, которая усиливает появившееся положительное отклонение выходов от нормы. В результате особи со старыми свойствами достаточно быстро заменяются новыми, более совершенными организмами. Появляется новый вид, что можно рассматривать как действие движущего естественного отбора.