Типы локального роста популяции. Диссипативные структуры

Если предположить, что популяция равномерно распределена по ареалу, все особи в популяции одинаковы. Однако многие виды животных могут мигрировать достаточно свободно, и тогда плодовитость будет зависеть от рождаемости и плотности населения. Популяции с таким типом зави­симости обычно называются "популяииями типа Олли". Для них физиоло­гический предел рождаемости достигается только при определенной плотности.

Рассмотрим различные варианты соотношений между рождаемостью и смертностью:

• если естественная смертность мала, а смертность за счет конкуренции возрастает либо очень медленно, либо очень быстро. В этом случае популяция будет логистической (характеризующейся постепенным торможением роста популяции по мере увеличения ее численности) с 2 точками равновесия;

• если естественная смертность при малых плотностях превосходит плодо­витость. Данная популяция будет иметь уже 3 точки равновесия. Эту по­пуляцию называют "популяцией с критическим порогом плотности",

• если скорость возрастания смертности за счет конкуренции умерен­ная, то график этой популяции имеет 4 состояния равновесия. Такую популяцию называют "популяцией с двумя уровнями плотности".

Возникновение диффузионной неустойчивости может быть началом формирования диссипативных структур. Существуют аналитические ме­тоды, которые позволяют определить условия возникновения таких структур и их форму. Образование структур в жидкости, в химически реагирующих системах и живой природе имеют общую черту: в ходе не­равномерного процесса из пространственного однородного состояния само­произвольно (спонтанно) возникает пространственная или временная струк­тура. И. Пригожин назвал такие структуры диссипативными. За разработку диссипативных структур в 1977 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Как было установлено, диссипативные структуры образуются в от­крытых системах, которые способны обмениваться веществом и энергией с внешней средой. Но в системах, где возможно формирование таких структур, второе начало термодинамики не нарушается. Оно проявляется в обобщенном виде. Таким образом, стационарная неравновесная систе­ма, имеющая диссипативную структуру, должна потреблять отрицатель­ную энтропию. Если диссипативные структуры возникают как очаги внутри большой изолированной системы, то суммарная энтропия будет возрастать.

Более того, в расширенной системе, включающей диссипативные структуры, скорость возникновения энтропии выше за счет интенсивной генерации энтропии в структурных очагах.

Наличие диссипативных структур позволило ученым согласовать факт существования жизни с современными взглядами на структуру и законо­мерности развития материи. По словам И. Пригожина, "жизнь уже больше не выглядит как островок сопротивления второму началу термо­динамики. Она возникает теперь как следствие законов физики со спе­цифической кинетикой химических реакций, протекающих в далеких от равновесия условиях. Благодаря этим кинетическим законам потоки энергии и вещества создают флуктуационный и структурный порядок в открытых системах".

Возникновение диссипативных структур носит пороговый характер, т. е. новая структура всегда является результатом неустойчивости и возникает из флуктуации, которая в докритическом режиме будет затухать, а в сверх­критическом режиме (выше порога) флуктуации усиливаются и создают новый режим устойчивым. То есть пороговый характер самоорганизации связан с переходом из одного устойчивого стационарного состояния в другое.

Система может образовывать упорядоченные структуры только при наличии внешних ограничителей (поле излучения, температурный гради­ент), которые удерживают систему вдали от критической точки.