Динамика и развитие экосистем

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения — периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях континентального климата. Суточные ритмы проявляется в изменении состояния и активности живых организмов.

Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявля­ется не только в изменении состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов. На определенный период многие виды выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы.

Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или другими внешними факторами (степень разлива рек), либо с внутренними причинами (особенности жизненного цикла растений-эдификаторов, повторения массового размножения животных).

Информационная структура экосистем

Устойчивость экосистем тем можно охарактеризовать, как способность сохранять ими свою структуру и характер функционирования при изменяющихся условиях среды. Устойчивость экосистем биосферы выражается в поддержании практически постоянным состава атмосферы и океанической воды, стабильности климата, сохранении постоянным соотношения численностей взаимодействующих популяций в биоценозе и т.п.

Какие же механизмы обеспечивают саморегулирование в природных системах? Почему в природных процессах проявляется характер самоуправления и саморазвития?

Чтобы ответить на поставленные вопросы, можно использовать кибернетический подход, разработанный для информационных систем. Кибернетика - наука об управлении информационными системами. Ее выводы применимы ко всем системам, обладающим внутренними информационными потоками. Хорошо известно, что помимо потоков энергии и круговоротов вещества экосистемы характеризуются развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, связывающих все части системы в единое целое.

Организмы получают из неорганической среды и друг от друга информационные сигналы: свет, звук, ультразвук, инфразвук, электромагнитные колебания, биоактивные химические молекулы, которые передают информацию об особенностях химического состава среды, источниках свободной энергии, запасах органического вещества, пи­щи, наличии партнера, опасности и др. Информационным сигналом будем называть энергетически слабое взаимодействие, воспринимаемое организмом как закодированное сообщение о возможности сильных внешних влияний i вызывающее ответную реакцию организма.

Обладая внутренними информационными сетями, экосистемы относятся к типу кибернетических, или управляемых, систем. Управление - это воздействие на систему, выбранное и множества возможных воздействий на основании имеющейся для этого информации, и улучшающее функционирование системы. Все разнообразие задач управления можно свести к четырем основным кибернетическим задачам:

• выполнение программы - изменение параметров системы в соответствии с заданным алгоритмом;

• слежение - нахождение неизвестного алгоритма изменения параметров системы;

• стабилизация - поддержание параметров системы в области заданных значений;

• оптимизация - нахождение наиболее выгодного режима функционирования системы.

Основными задачами управления в природных системах являют две - стабилизация, принимающая форму поддержания устойчиво состояния системы, и оптимизация как адаптация, приспособлен системы к изменяющимся факторам окружающей среды.