5.3. Екологія угруповань (синекологія) та екосистемологія

5.3.1. Регуляція біосистем

Властивості систем можна розділити на дві групи: ті, які є сумою властивостей її частин, і ті, які виникають у системи як у єдиного цілого. Назвемо ці властивості. Адитивні властивості системи (латинське additio — збільшення) — сума властивостей її частин. Якісно нові властивості системи називаються емерджентними (від латинського emergere — спливати, з’являтися).

Об’єкт дослідження екології угруповань (синекології) — різноманіття угруповань рослин, тварин і мікроорганізмів, трофічні зв’язки між ними, чи ширше, — речовинно-енергетичний обмін, форми симбіотичних, паразитичних, мутуалістичних або протокоопераційних співіснувань в системах типу «хижак — жертва», «паразит — господар», «продуцент — консумент» тощо (Голубець, 2000).

Окремими розділами синекології доцільно вважати фітоценологію, гідробіоценологію, паразитоценологію тощо.

Життя ґрунтується на безперервних змінах, в яких, проте, зберігаються постійними більшість важливих властивостей живих систем. Так, усього за рік у тілі кожної людини змінюється більшість атомів, а сама людина залишається практично такою, як була. Упродовж століть у лісі змінюються всі організми, що населяють його, але важливі властивості лісу зберігаються постійними. Які властивості біосистем забезпечують таку стійкість у ході змін?

Для відповіді на це питання важливі кібернетичні поняття прямого та зворотного зв’язку. Прямий зв’язок — вплив якогось чинника на систему, що вивчається, управління нею (приклад: повертаючи кермо, водій змінює напрям руху автомобіля). Зворотний зв’язок — залежність управляючого впливу від стану самої системи (приклад: зміна руху автомобіля впливає на повороти водієм керма). Таким чином, зворотний зв’язок — управління системою з урахуванням її стану, залежність управляючої дії від її результатів.

Виділяють два типи зворотних зв’язків. Позитивні зворотні зв’язки посилюють відхилення регульованої величини від початкового стану, а негативні — повертають систему до попереднього стану. Інакше кажучи — позитивні зворотні зв’язки — взаємна стимуляція двох процесів, а зворотні — пригнічення відхилень керованого процесу.

Розглянемо класичний приклад: над вогнищем, що жарко горить, кипить казанок із водою. Якщо вогонь горить дуже сильно, частина води вихлюпується, частково заливає вогнище та зменшує інтенсивність горіння. Коли вогонь затухає, вихлюпування припиняється, і вогонь поступово розгорається знову. У даному прикладі відхилення регульованої величини (інтенсивності горіння) викликає така зміна дії регулюючого чинника (вихлюпування), яка здійснює на регульовану величину дію, протилежну (негативну за знаком) початковому відхиленню. Значить, у даному випадку ми маємо справу з негативним зворотним зв’язком.

А в якому випадку у наведеному прикладі зворотний зв’язок виявиться позитивним? Якщо в казанку замість води буде гас! При цьому чим яскравіше горітиме вогнище, тим сильніше вихлюпуватиметься гас, що ще більше підсилюватиме горіння вогнища.

Істотно, що у прикладі з казанком позитивні зворотні зв’язки швидко виведуть систему з її початкового стану (казанок спорожніє), а негативні (якщо в казанку — вода) приведуть до збереження її властивостей відносно постійними. Негативні зворотні зв’язки стабілізують систему, а позитивні — переводять її в інший стан (тобто «руйнують» колишню структуру взаємозв’язків). Наявність альтернативних режимів функціонування біосистем визначається комбінаціями двох типів зворотних зв’язків: негативні стабілізують кожний режим, а позитивні забезпечують перемикання між такими режимами.