Вопрос 2. Принципы и методология экологических исследований
Эволюция живой материи, как и всего материального мира, характеризуется одновременно и непрерывностью, и дискретностью. Развитие можно рассматривать как процесс непрерывный, поскольку оно состоит в нескончаемом изменении, но вместе с тем этот процесс дискретен, поскольку развитие проходит через ряд отдельных уровней организации. В организации живой материи принято выделять 4 уровня: организменный, популяционный, биоценотический и биосферный. Деление ступенчатого ряда на компоненты основано на естественных разрывах. Такая последовательность уровней организации соответствует их иерархии.
Иерархия — расположение ступенчатым рядом. На каждой ступени, или уровне, в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой мы подразумеваем взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Экология, как общебиологическая наука, изучает все четыре системы: организм, популяцию, сообщество, биосферу.
Эмерджентные свойства уровней организации:
- для организмов, характерны основные свойства, которые обычно приводят в определениях живого - раздражимость, размножение, форма тела и т.д.;
- на популяционном уровне идут генетико-эволюционные процессы;
- на биоценотическом, происходят процессы передачи энергии, вещества и информации;
- биосфера как целое характеризуется стабильностью совокупных показателей биомассы, стабильностью основных показателей круговорота вещества.
Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства биологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств.
Для иллюстрации эмерджентности приведем два примера. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду - жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. Водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируй совместно, образуют систему кораллового рифа. В результате возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием питательных элементов. Следовательно, высокая продуктивность и разнообразие коралловых рифов — эмерджентные свойства, характерные только для рифового сообщества.
С другой стороны мы можем говорить о несводимых свойствах. Суть этого понятия заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении низшего уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне.
Например, нельзя объяснить как функционирует центральная нервная система в целом, изучив физиологию передачи нервного импульса в синапсе.
Рационально так же различать эмерджентные и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие — свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого.
Например, рождаемость (свойство популяции) — пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений (свойство организма) за определенный период.