1.1.2. Классификация систем

По виду обмена веществом и/или энергией с окружающей средой различают : а) изолированные системы (никакой обмен невозможен); б) замкнутые системы (невозможен обмен веществом, но обмен энергией возможен в любой форме); в) открытые системы (возможен любой обмен веществом и энергией).

Системы, элементы которых взаимосвязаны переносами (потоками) вещества, энергии и информации, называют динамическими. Динамические системы являются принципиально открытыми. Любая живая система – динамическая, следовательно, открытая.

1.1.3. Параметры систем

1. Сложность структуры

Определяется числом n элементов системы и числом m связей между ними. Сложность системы С определяется логарифмом числа связей

С = Lg m.

Вследствие чего системы условно классифицируют по сложности следующим образом :

0 < С < 3 (системы, имеющие до тысячи состояний) – простые;

3 < С < 6 (системы, имеющие до миллиона состояний) – сложные;

С > 6 (системы, имеющие свыше миллиона состояний) – очень сложные.

Все реальные природные системы очень сложны.

Другой критерий сложности системы связан с ее поведением, реакцией на внешнее воздействие. Если система способна к выбору альтернатив поведения (акту решения) (в т.ч. и с помощью случайных механизмов), то такая решающая система – сложная.

2. Разнообразие состава

Оценивается двумя способами

а) показатель Симпсона ,

где p_i – относительная численность (частота встречаемости) i-го вида элементов в совокупности n видов (p_i=1);

б) формула Шеннона .

3. Организация системы

Оценивается как .

По этому параметру системы делятся на 3 группы :

1) 0<R<0,1 - вероятностная, неустойчивая система;

2) 0,3<R<1 – детерминированная, консервативная, жесткая, устойчивая;

3) 0,1<R<0<0,3 – промежуточные, квазидетерминированные системы (биологические индивидуумы, организмы, виды).

Большинство природных систем имеет вероятностный или квазидетерминированный характер. Системы 3-го типа имеют системную иерархию структур и функций с выделенной внутренней системой управления (это может быть центральная нервная система, в социумах – государственная администрация).

Природные (вероятностные) системы состоят из большого числа отдельных, разнообразных индивидов, но способны к самоподдержанию без центральных регуляторов, т.е. к авторегуляции.

1.2. Системные законы экологии

Современная экология располагает совокупностью правил и законов, являющихся следствием фундаментальных законов природы. Видный американский эколог Барри Коммонер в 1971 г. в книге “Замыкающийся круг” обобщил системность в экологии в виде 4 законов-поговорок – сам ученый назвал их законами экологии: “все связано со всем “,”все должно куда-то деваться”, “ничто не дается даром”, “природа знает лучше”.

1.2.1. “Всё связано со всем”

(О всеобщей связи процессов и явлений

в природе и человеческом обществе)

Все живое имеет единый физико-химический состав. Все жи­вые системы характеризуются разнообразными, разветвленными и интенсивными потоками вещест­ва, энергии и информации, что позволяет говорить о единстве и взаимосвязи в глобальном масштабе.

Всё живое на Земле подчинено космиче­ским силам, единому потоку солнечной энергии, его рит­мам. И природа, и общество находятся в одной сети системных взаимодействий. Поэтому любое изменение, совершаемое человеком в природе, вызывает цепь последствий, как правило, неблагоприятных.

Можно отметить несколько важных для экологии следствий закона “все связано со всем”:

• Закон больших чисел - совокупное действие большого чис­ла случайных факторов приводит, при некоторых общих усло­виях, к результату, почти не зависящему от случая, т. е. имею­щему системный характер (например, хаотичное движение молекул газа в сосуде определяет системный параметр – давление газа) ;

• Принцип Ле Шателье — при внешнем воздействии, вы­водящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции;

• Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимо­связей;

• Закон оптимальности - любая система функционирует с наибольшей эффектив­ностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

“Дикие идеи” и ошибки, возникавшие при непонимании закона “Все связано со всем”:

В 1984 г. геолог Дж. Макги сказал: “Подчиняя себе диких животных, человек сохранит лишь тех, кто может быть приручен. Остальные должны быть уничтожены.” Не потому ли в 1970 г. в США охотники уничтожили более 190 крупных млекопитающих (рысей, волков, лисиц и др.) ?

В Болгарии для получения охотничьего билета в 70-х годах необходимо было ежегодно предоставлять комиссии шкурку лисицы, или белки или норки и т.п. В результате без какого-либо контроля истреблялись не только эти животные, но и ястребы, орлы и др. враги грызунов. Это привело к нашествию в 1988 г. мышей и крыс на города Софию и Варну.

В 70-е годы ХХ в. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) пыталась бороться с малярией на острове Калимантан в Индонезии, опрыскивая местность пестицидом ДДТ. Кроме комаров – переносчиков малярии, ДДТ ели также и тараканы. Они крупнее, поэтому более устойчивы к ДДТ. Тараканы не погибли, но стали медлительными, и ящерицы поедали их в значительных количествах. Концентрируясь в организмах ящериц ДДТ вызывал нервные расстройства и ослабление их рефлексов, поэтому они стали чаще оказываться жертвами кошек. Массовое истребление ящериц позволило размножиться гусеницам, которые поедали тростниковые крыши хижин местных жителей, крыши стали проваливаться. Кроме того, началась массовая гибель кошек, отравившихся ДДТ. Тогда поселки наводнили крысы и, что еще хуже, они принесли с собой блох, зараженных чумной палочкой. Люди получили вместо малярии гораздо более страшную болезнь – чуму. Поэтому ВОЗ прекратила опрыскивание ДДТ и сбросила большую партию кошек на парашютах.

Без учета всеобщей связи мир может погибнуть от действия антропогенных факторов – железо, огонь и зубы - это три средства, которые при отсутствии регулирования могут уничтожить природные системы.