Лекции для студентов

Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 3

Основные понятия системной экологии

Практически все явления в природе, обществе происходят в тех или иных системах. Например, в системе циркуляции атмосферы возникают явления погоды. До недавнего времени основным подходом в науке было выделение изучаемого элемента из системы, «очищение» его от посторонних влияний, чтобы «в чистом виде» изучить связь конкретного воздействия с конкретным результатом. Знания, полученные на основе такой редукции, использовались потом для конструирования систем. Такой подход характерен для химии, физики, биологии и др. естественных наук.

В экологии основным объектом изучения являются экосистемы, принадлежащие к системам высокого уровня сложности. Их описание, анализ изменений, закономерности развития до сих пор не могут быть сделаны с математической точностью. Лишь самые общие тенденции, закономерности, практически не отражающие внутреннюю структуру сложных систем, доступны формализации и исследованию на моделях.

Так как понятие система лежит в основе экологии, то в изучении экологии необходим системный подход, то есть рассмотрение различных систем.

Согласно общей теории систем система — это реальная или мыслимая совокупность частей, целостные свойства которой опре­деляются взаимодействием между частями (элементами) системы.

Обычно систему определяют как совокупность объектов, объе­диненных некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения заданной функции.

В материальном мире существуют определенные иерархии систем. Они служат ос­новой системологии. Все многообразие нашего мира можно пред­ставить в виде трех последовательно возникших иерархий. Это основная, природная, физико-химико-биологическая иерархия и побочные, возникшие на ее основе, социальная и техническая иерархии. Существование последних влияет на основную иерархию. Объединение систем из разных иерархий приводит к «смешанным!» классам систем. Так, объединение систем из физико-химической части иерархии с живыми системами биологической части иерархии приводит к смешан­ному классу систем, называемых экологическими. А объединение систем из социальной и технической иерархий приводит к клас­су хозяйственных или технико-экономических систем.

Общие свойства систем

Всем системам присущи некоторые общие свойства.

1. Каждая система имеет определенную структуру. Структурная упорядоченность сама по себе не определяет организацию системы. Систему можно на­звать организованной, если ее существование либо необходимо для поддержания некоторой функциональной (выполняющей опреде­ленную работу) структуры, либо, напротив, зависит от деятельности такой структуры.

2. Согласно принципу необходимого разнообразия система не мо­жет состоять из идентичных элементов, лишенных индивидуально­сти, нижний предел разнообразия — не менее двух элементов, верх­ний — бесконечность. Разнообразие — важнейшая информацион­ная характеристика системы. Оно отличается от числа разновидно­стей элементов и может быть измерено.

3. Свойства системы невозможно постичь лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно взаимодейст­вие между элементами. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Совместное действие двух или более различных факторов на организм почти всегда отличается от суммы их раздельных эффектов. Степень несводимости свойств системы к сумме свойств отдельных элементов, из которых она состоит, опре­деляет эмерджентность системы.

4. Выделение системы делит ее мир на две части — саму систе­му и ее среду. В зависимости от наличия (отсутствия) обмена веще­ством, энергией и информацией со средой принципиально возмож­ны: изолированные системы (никакой обмен невозможен); замкну­тые системы (невозможен обмен веществом); открытые системы (возможен обмен веществом и энергией). Обмен энергии определя­ет обмен информацией. В живой природе существуют только от­крытые динамические системы, между внутренними элементами ко­торых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации.

5. Преобладание внутренних взаимодействий в системе над внешними определяют ее способность к самосохранению. Внеш­нее воздействий на систему, превосходящее силу и гибкость ее внутренних взаимодействий, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы поддержи­вается непрерывно выполняемой ею внешней циклической рабо­той. Для этого необходимы поток и преобразование энергии в системе. Вероятность достижения главной цели системы — самосохра­нения (в том числе и путем самовоспроизведения) определяется как её потенциальная эффективность.

6. Действие системы во времени называют ее поведением. Вызванное внешним фактором изменение поведения обозначают как реакцию системы, изменение реакции системы, связанное с изме­нением структуры и направленное на стабилизацию поведения, ­как ее приспособление, или адаптацию. Закрепление адаптивных изменений структуры и связей системы во времени, при котором ее потенциальная эффективность увеличивается, рассматривается как развитие, или эволюция, системы.

7. Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются рез­кими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифур­кации — раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. От выбора того или иного продолжения пути в точке бифуркации очень многое зависит. Выбор в точке бифуркации может быть обуслов­лен случайным импульсом.

8. Любая реальная система может быть представлена в виде не­которого материального подобия или знакового образа, т. е. соот­ветственно аналоговой или знаковой моделью системы. Моделиро­вание неизбежно сопровождается некоторым упрощением и форма­лизацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических и/или математических отношений.