Исходные теоретические концепции экологии

ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ПОЛОЖЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

Экология вначале развивалась как общая биологическая нау­ка о взаимодействии растительных и животных организмов и обра­зуемых ими сообществ между собой и ОС. В настоящее время она все больше превращается в междисциплинарную область знаний об устройстве и взаимодействии многоуровневых систем в природе и обществе, в которой возрастающее значение приобретают техногенные воздействия на экосистемы и биосферу в целом. Техничес­кие аспекты защиты ОС оформляются в самостоятельную дисциплину - инженерную экологию или охрану ОС. Для представителей техни­ческих специальностей положения и концепции экологии являются естественно-научным фундаментом рациональной организации хо­зяйственной деятельности и природопользования и непосредствен­ной основой разработки стратегии, конкретных мероприятий и средств защиты ОПС. Поэтому их изложение проводится ниже с выраженной ориентировкой на практическое значение для специа­листов технического профиля.

Исходные теоретические концепции экологии

Наибольшее значение для экологии имела биологическая нау­ка и особенно эволюционная теория Ч.Дарвина. Положения о нас­ледственности и изменчивости, естественном и искусственном от­борах и борьбе за существование как движущей силе эволюции позволили по-новому взглянуть на многообразие и единство форм жизни и лучше понять приспособительное значение различных нап­равлений и видов эволюции: 1) ароморфоз, заключающийся в появ­лении таких морфофизиологических изменений, которые ведут к

общему подъему организации биологических объектов, выходу их на новые уровни эволюции, и 2) идиоадаптация, обеспечивающая частные приспособления на этом новом уровне или рубеже. Приме­ром ароморфоза может служить выход водных животных на сушу (превращение рыб в земноводные), а примером идиоадаптации -создание различных видов, семейств и отрядов амфибий. Эволюция закрепила 2 вида отбора: К-отбор, при котором выживание обес­печивается за счет усложнения организма и совершенствования его функций, и R-отбор, при котором те же задачи решаются рез­ким увеличением потомства (некоторые рыбы мечут до нескольких миллионов икринок за один нерест).

Окончательное оформление экологии в самостоятельную дис­циплину совпало с развитием кибернетики и системного подхода. Биологические и особенно экологические объекты для кибернети­ков стали наиболее совершенными образцами реализации принципа обратной связи. Правда, исключительная сложность таких объек­тов, намного превышающая сложность любого технического уст­ройства, обусловила и некоторые особенности реализации обрат­ной связи в них. Обычная схема

в биологических и экологических системах представлена первичной и вторичной субсистемами, последняя из которых включена в цепь обратной связи. В экологических объектах присутствуют положительные и отрицательные связи, в которых низкоэнергетические воздействия могут резко усиливать высокоэнергетические ре­акции и процессы. Именно эти связи экологи называют "живыми нитями" природы.

Существенной особенностью функционирования обратных связей в экологических и биологических объектах является возможность управления не только по отклонению (изменению) контролируемого параметра, но и по "возмущению", т.е. по воздействиям, ведущим к отклонениям. Тем самым обеспечивается подготовка к реакции на отклонение, создается упреждающая реакция на воздействие. Устойчивость живых организмов и экосистем к внешним воздействиям обеспечивается также дублированием компонентов системы,их избыточностью. Различается 2 вида устойчивости -упругая и резистивная. Первая обеспечивает возвращение в исходное состояние после отклонения, второе - повышение сопротивления возмущающим воздействиям.

Системный подход, повсеместно применяющийся в наше время, базируется на понятии системы, как множества закономерно свя­занных друг с другом элементов, составлявших собой единство,определенное целостное образование. Важнейшим свойством систе­ма является эмерджентность, т.е. появление новых, не сводящих­ся к сумме старых, качеств. Любой уровень анализа в экологии (начиная от единичной простейшей особи до биосферы в целом) требует системного подхода, ибо самая простая форма жизни уже представляет собой сложнейшую систему, превосходящую по слож­ности самые грандиозные технические устройства. В качестве примеров эмерджентности можно назвать эффект группы и массовый эффект. Образование устойчивой группы животных одного вида резко увеличивает их выживание, главным образом за счет более эффективного использования энергии. Установлено, что при про­чих равных условиях энерготраты в группе в 2 раза ниже, чем при одиночном образе жизни. Потребность ушастых ежей в кисло­роде, например, в группе снижается более чем в 2 раза. Труд общественного насекомого в группе значительно эффективнее, чем при выполнении той же работы в одиночку. В сообществах животных, образующих колонии, больше шансов на выживание потомства, надежная защита от врагов. Эффект группы может проявляться даже в изменении окраски насекомых: зеленый цвет проживающей в одиночку саранчи меняется на черный при включении ее в стаи перелетных насекомых. Кстати, в группе саранчуки растут значи­тельно быстрее, чем в одиночку.

При чрезмерной плотности организмов одного вида выживание уменьшается. Это явление в отличие от группового эффекта наз­вано массовым. В основе массового эффекта лежат жесткие меха­низмы поддержания определенной численности и плотности распре­деления, ее своеобразного гомеостаза - в данном случае сохра­нения оптимального числа особей. Если для 500 га тундры опти­мальным числом является 100 оленей, то помещение на этом пространстве 200 голов через несколько лет приводит к сокраще­нию поголовья вдвое (эксперимент 1928 г.). Механизмы уменьше­ния численности ведут к гибели особей того же вида: изреживанию посевов при слишком большом числе семян и каннибализму (поеданию особей своего же вида) при большой плотности особей и недостатке пищи.

Из новейших глобальных теоретических обобщений для эколо­гии наибольшее значение имеет концепция диссипативных структур И.В. Пригожина. которым доказана возможность самоорганизации и усложнения макроскопических структур в неравновесных состояниях. Появление таких структур и их развитие на уровне химичес­ких реакций и физических процессов, поддерживаемых автокатали­зом, диффузией и т.д., противоречит положении об обязательном необратимом рассеивании энергии. Все биологические и экологи­ческие объекты и системы находятся далеко от состояния равно­весия и сохраняют, поддерживают это неравновесие системами го­меостаза. Именно у живых организмов и экосистем в наибольшей степени выражены самоорганизация и восходящее усложнение структуры и функций. Концепция диссипативных структур исключа­ет случайность возникновения жизни на планете и дает новое бо­лее глубокое объяснение ее зарождению и эволюции.