Системные законы макроэкологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

бурно развиваясь в течение последней четверти прошлого века экология разделилась на множество отдельных направлений (свыше 50 наук) и наступает время их синтеза;
экология изучает взаимосвязи в наиболее сложных системах - экосистемах (множество взаимосвязанных сообществ живых организмов);
методическая особенность науки - анализ внутренних и внешних взаимосвязей систем на основе природных законов.

Таким образом, закон о системной структуре мира, в которой верхний иерархический уровень является определяющим, следует принять как самый общий закон организации всего в Природе, а подчинение законам Природы следует принять как обязательное для существования человеческого вида. Биосфера определит существование человеческого вида, а не человек подчинит себе биосферу.

В настоящее время под экологией (греч. ойкос – дом, родина; логос – наука, учение) понимаю т науку о взаимоотношениях биологических систем между собой и окружающей их неживой природой.

Задачей экологии является изучение закономерностей размещения живых организмов в пространстве, изменения численности организмов, потока энергии через живые системы и круговорота вещества, который происходит при участии живых организмов.

В жизни человеческого общества экологические знания всегда были значимыми. В древности сведения об образе жизни животных, свойствах растений передавались изустно от родителей к детям. Когда возникло сельское хозяйство, стали накапливаться знания об оптимальных сроках посева семян и сбора урожая, о свойствах почв, о влиянии растений друг на друга и т.д. Но эти знания еще не были в то время научными.

Постепенно экологические знания стали относить к совокупностям

организмов – популяциям, видам, многовидовым сообществам, наконец, к живой природе в целом.

В современной экологии, как науке об окружающей среде. Сталкиваются две системы взглядов, два разных подхода к проблеме взаимоотношений Человека и Природы.

Согласно первому подходу эти взаимоотношения строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Овладевая законами природы, подчиняя их своим интересам, опираясь на свой разум, социальную организацию и технологическую мощь, человек считает себя свободным от давления большинства тех сил, которые действуют в живой природе. Возникшие проблемы окружающей среды представляются только как следствие неправильного ведения хозяйства. Считается, что все проблемы могут быть устранены путем технологической реорганизации и модернизации, что законы природы не могут и не должны мешать научно – техническому и социальному прогрессу человечества.

Согласно второму подходу человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необходимости и отбора. Возникновение проблем окружающей человека среды в значительной степени опосредовано антропогенным фактором (т.е. порожденных самим человеком нарушением регуляторных функций биосферы). Последние не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом – требованием подчинения законам природы. Это биоцентрический, или эксцентрический подход, по существу ставящий в центр экологических проблем состояние и устойчивость живой природы. биосферы. Он характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков.

Выбор между этими двумя подходами или компромисс между ними во многом определяет стратегию дальнейшего развития человеческого общества.

Большинство людей пока еще склоняется к антропоцентрической точке зрения, так как она выглядит проще, оптимистичнее и отталкивается от предыдущего практического опыта человечества. Однако в настоящее время уже существуют веские аргументы в пользу эксцентризма, пренебрегать которыми нельзя.

Системные законы макроэкологии

Современная экология располагает совокупностью правил и законов. Рассмотрим наиболее крупные обобщения, связанные с фундаментальными законами природы. Мы воспользуемся широко известными содержательными аксиомами – поговорками американского эколога Б. Коммонера (1974):

Все связано со всем;
Все должно куда-то деваться;
Ничто не дается даром;
Природа знает лучше.

1. О всеобщей связи вещей и явлений в природе и в человеческом обществе.

В мире живых существ всеобщность связей проявляется особенно ярко. Все живое на Земле подчинено космическим силам, единому потоку солнечной энергии, его ритмам. Глобальные круговороты веществ, ветры. Океанические течения, реки. Трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов – все это в той или иной степени связывает пространственно удаленные природные комплексы и придает биосфере признаки единой коммуникативной системы.

Можно отметить несколько важных для экологии следствий всеобщей связи:

Закон больших чисел – большое число случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер (Случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обуславливает вполне определенные значения давления и температуры. Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого).
Принцип Ле Шателье – при внешнем воздействии, выводящем систему из равновесия, это равновесие смещается в сторону, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне этот принцип реализуется в виде способности экологических систем к саморегуляции. (Любые изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека).

Закон сохранения массы вещества одновременно является одним из важнейших требований рационального природопользования. В отличие от человека, живая природа в целом почти безотходна, в ней нет такой вещи как мусор. Все опавшие листья, экскременты и трупы животных становятся пищей для других организмов, разлагаются ими до простых соединений и в таком виде рано или поздно вновь потребляются растениями. При этом в целом соблюдается количественный баланс масс и равенство скоростей синтеза и распада. Это означает высокую степень замкнутости круговорота веществ в биосфере.

Деятельность человека привела к изменениям химической среды на поверхности планеты, к возникновению необычных для поверхности земли, воды и воздуха высоких концентраций ряда элементов, к появлению ряда стойких синтетических соединений, чуждых химизму живых организмов – ксенобиотиков (от греч. ксенос – чужой). Некоторые из этих веществ являются сильными ядами. Поскольку из колоссального объема материалов и веществ, извлекаемых из недр, перерабатываемых и синтезируемых человеком, в природный круговорот попадает лишь малая часть, то с точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и отраву. При этом существенно нарушается замкнутость круговорота веществ.

Этой мощной загрязняющей деятельности природа противопоставляет по существу только функцию разбавления, рассеивание в атмосфере, на большой площади суши, растворение в воде природных резервуаров.

Существуют различные технологии очистки и нейтрализации производственных и бытовых отходов. Но все, что остается в золе и шлаках, в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов, все. Что накапливается в очистных устройствах – на фильтрах, в сорбентах, в осадках – тоже должно куда-то деваться. Существующие способы изоляции конечных продуктов не гарантируют от дальнейшего загрязнения, а лишь растягивают его во времени, отодвигая негативные эффекты в будущее. Дезактивация рассеянных ядовитых веществ в большинстве случаев невозможна.

Экологическая интерпретация законов сохранения включает. По меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:

Закон развития системы за счет окружающей среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально – энергетических и информационных возможностей окружающей среды, абсолютно изолированной саморазвитие невозможно.
Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

В экологическом контексте за этим утверждение скрывается мысль о качественной направленности эволюции систем, о их способности к эволюции в сторону усложнения и совершенствования организации. Но развитие происходит не только за счетокружающей среды. Но и собственных качественных ресурсов: любое новое приобретение в эволюции системы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежднего достояния и возникновением новых, все более проблем. Отсюда следуют:

Закон необратимости эволюции (большие системы эволюционируют только в одном направлении – от простого к сложному)
Правило ускорения эволюции – с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают.

Вот примеры платы за совершенствование в ходе биологической эволюции.

Первые настоящие клетки – предки цианобактерий (сине – зеленых водорослей), жившие 3,5 млрд. лет тому назад, были необычайно жизнестойки, выживали в любой, даже самой агрессивной среде, и не знали естественной смерти, размножаясь простым делением. Появившиеся вслед за ними ядерные, фотосинезирующие клетки приобрели более совершенную энергетику, но заплатили за это утратой бессмертия.

С появлением многоклеточных организмов, образованием царств грибов, растений и животных, выходом их на сушу еще во много раз увеличилось биоразнообразие. Началось формирование биосферы Земли. Но вместе с многоклеточностью к живым существам пришли старость и болезни, злокачественные опухоли, паразитизм.

Теплокровность, термостатирование мозга у высших животных намного повысили точность нервных процессов. Появились зачатки рассудочной деятельности и предпосылки интеллекта. Умение перерабатывать информацию, отделенную от инстинктов, открыло нашему предку возможность творчества, умение создавать предметы, не встречающиеся в природе. А материализация информации с помощью речи позволила преодолеть биологический запрет на наследование приобретенных свойств и обеспечила культурное наследование в виде обучения.

Человек распространил эти возможности на все стороны своей жизни, постепенно отгораживаясь от суровых природных условий, и от законов живой природы, но потребляя при этом все больше природных ресурсов. Ему ничто не давалось даром, но тем не менее он занял исключительное положение в природе, и сегодня еще трудно определить цену, которую за это приходится платить.

Это утверждение не столь очевидно, но очень важно для понимания взаимоотношений человека и природы.

Люди создали множество вещей, которых нет в природе. Технический прогресс достиг небывалых высот. Но его побочным продуктом стала человеческая самонадеянность, убеждение в превосходстве над природой, идеология природопокорительства. Многое из того, что создал человек, природа не имеет, но не потому, что не смогла создать, а потому, что не посчитала нужным. Так быль с колесом, электродвигателем, радиосвязью, ядерной энергией. Несомненно, человеческая техника превзошла многие возможности живых организмов. Но по изобретательности использования законов природы, оригинальности, красоте конструктивных решений, по экономичности и эффективности, по здравому смыслу, технические устройства намного уступают биологическим системам. После недолгого сопротивления это вынуждена была признать бионика – наука о применении принципов действия живых систем и биологических процессов для решения инженерных задач.

Чтобы убедиться в этом достаточно сопоставить технико – экономические параметры в парах: автомобиль – лошадь, подводная лодка – дельфин, катализатор – фермент, солнечная батарея – зеленый лист растения, гидравлический компрессор – сердце, компьютер – мозг.

Все в природе – от простых молекул до человека – должно было пройти очень жестокий конкурс на вакансию в биосфере. Из многих миллионов возможных органических мономеров оставлено всего несколько десятков; отобрана лишь одна стомиллионная часть возможных белков; еще на много порядков жестче был отбор нуклеиновых кислот; сегодня нашу планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных.

Эта закономерность была сформулирована В.И. Вернадским в виде закона константности живого вещества: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других организмов.

В настоящее время на нашей планете под угрозой исчезновения находятся около 30 тыс. видов растений (8 – 10% от существующих), около 10 тыс. видов беспозвоночных, 500 видов моллюсков, 500 видов птиц, 230 видов млекопитающих (6%), 110 видов рыб, 100 видов бабочек, 60 видов амфибий и т.д. В Сибири за последние десятилетия численность муксуна и стерляди снизилась в 20 раз, нельмы – в 100 раз. Причин этого – много, но главная – неразумная деятельность человека.

Современный оптимистический прогноз говорит, что максимальное число жителей на планете с учетом предельного напряжения сельского хозяйства не должно превышать 10 – 14 млрд. Этот прогноз основан на простой интерполяции накопленных на сегодня данных. Более осторожный прогноз, учитывает углубляющиеся экологические проблемы и ставит под сомнение возможность существования такого количества людей в биосфере.

Таким образом, увеличение населения Земли, стиль жизни и уровень экологического сознания людей совместно с развитием промышленности являются основными факторами деградации биосферы.

Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где указан автор или источник. При полном или частичном цитировании всех материалов активная гиперссылка на Всероссийский Экологический портал (ecoportal.su) обязательна.

Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов новостных и других материалов, публикуемых на сайте. Сайт, для обеспечения работоспособности, использует файлы cookie. Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с их использованием.

Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик, опубликованный в разделе контакты.

Сложность живых организмов, как по строению, так и по функциям, несомненно, превышает сложность косных систем (по определению В. Вернадского,- не живых структур): молекул, кристаллов и сформированных из них песчинок, камней, гор. Количество и сложность абиотических (не живых) факторов окружающей среды, влияющих на организмы (температура, влажность, радиация, состав воздуха, пищи и воды, социальные условия и т.п.), тоже очень велико. Экология - это наука, изучающая основные природные взаимосвязи живых организмов между собой и окружающей средой и поэтому она должна рассматриваться как наука существования сложных систем в ещё более сложных системах.

В последние десятилетия ХХ века, когда стали явно проявляться негативные последствия бесконтрольного вмешательства человечества, как единой социальной системы, взаимодействующей с природной средой - с единой системой - биосферой планеты, роль науки должна была возрасти. Но её заболтали, подменили разговорами о защите окружающей среды. Многократно превысив допустимые законами взаимодействия между системами перетоки массы и энергии, в недопустимых количествах изымая из Природы минеральные и биологические ресурсы, все страны на планете бурно развивали энергетику и экономику, усиливая уже запредельное давление на окружающую среду. И вся эта деятельность сопровождалась десятками международных конференций, саммитов, встреч президентов и правительств по вопросам защиты окружающей среды. Нарушение законов экологии неотвратимо привело к экологическому кризису, переросшему в цивилизационный (см. 1.1.)

Игнорирование научных основ и подмена стремления к познанию стремлением к потреблению, - такова, как выше отмечено, трагедия большинства наук в ХХ веке. Развитие физики на суррогатных моделях Природы позволило совершить огромный скачок в производстве всех видов орудий войны, потреблении энергии, информации, новых материалов. Это в огромной степени способствовало развитию экологического кризиса, главной причиной которого стало игнорирование экологических законов.

Для анализа возможностей новой науки сравним, например, методические основы двух наук, претендующих на прогнозирование развития биосферы и человечества:

Ø макроэкология - это системный анализ структурных взаимосвязей в сверхсложных системах на основе обобщённых законов жизни биологических видов.
Ø синергетика - это математическое моделирование процессов развития сложных систем на основе законов вероятности,

Математические модели, построенные без знания законов развития соответствующих систем и факторов на них влияющих, не могут быть жизненными.

Например, синергетическая модель роста населения на планете Земля, представленная академиком П. Капицей, была основана на моделировании по известным данным изменения численности человечества за его историю [30]. Применение нелинейной динамики для анализа демографических проблем при таком рассмотрении единой системы - человечество позволило авторам прийти к выводу, что в течение всей истории темп роста населения определяется внутренними свойствами системы и не зависит от внешних параметров. Именно этот вывод категорически противоречит законам Природы, так как развитие систем всегда зависит от поступления ресурсов и энергии из окружающей среды.

В соответствии с этими расчётами в течение этого столетия население Земли начнёт стабилизироваться и составит (модель III, дающая наилучшее приближение) в 2020 г. 8,4 млрд., 2050 г. - 10,4 млрд., 2100 г - 12,0 млрд., а в бесконечности - 14 млрд. чел.

Полученная модель хорошо описывает предшествующий исторический процесс роста народонаселения, но её использование авторами для прогнозирования в период, когда естественный темп развития человеческого сообщества явно стал зависимым от внешних параметров, совершенно неправомерно. Факторы исчерпания минеральных ресурсов и производства пищевых ресурсов, ограниченность запасов питьевой воды для существующего населения 6,5 млрд. человек не может не сказаться на изменении темпов его прироста. Например, от дефицита воды в мире сейчас страдают 2 млрд. чел., а к 2015 г будет ½ населения планеты.

Наука не должна обосновывать благостные сказки. Задача науки - поиск истины, приближение к ней. Учёт множества взаимосвязей в сложных системах и синтез результатов анализа - сложная научная задача, решение которой определяет жизнеспособность системы. Синергетика, как математическое моделирование без знания системных взаимосвязей в объекте исследования не способна прогнозировать будущее, а макроэкология имеет такую возможность.

Макроэкология способна дать анализ мироустройства и законы его функционирования потому, что:

Ø экология в своём развитии разделилась на множество отдельных наук (свыше 50 самостоятельных направлений и разделов) и макроэкология систематизирует знания о системах разных уровней,
Ø она изучает взаимосвязи в сложных системах (экосистемы), взаимосвязанных сообществах сложных живых организмов,
Ø методическая особенность науки - системный анализ взаимосвязей внутри системы и её связей с системами более высокого уровня;
Ø молодость науки - преимущество перед традиционными и развитыми науками.

И. Пригожин показал, что все термодинамические процессы являются хаотическими, в которых расстояние между любыми двумя точками, первоначально сколь угодно малое, экспоненциально возрастает во времени. Траектории развития всегда разбегаются. Поэтому любая модель (математическая, физическая, химическая, биологическая, энергетическая и т.д.) не способна учесть все действующие факторы среды. Для описания сложных систем необходимо многообразие наук. Макроэкология способна стать для них объединяющей.

Вот несколько экологических правил [66], доказывающих, что любое развитие на определённом этапе переходит в стагнацию, после чего должен быть выбран принципиально иной путь.

Таким образом, познание взаимосвязей в живых организмах, человеке и сообществах людей может стать основой для понимания причинно-следственных связей в более сложных системах.

Задачей экологии является изучение закономерностей размещения живых организмов в пространстве, изменения численности организмов, потока энергии через живые системы и круговорота вещества, который происходит при участии живых организмов.

Постепенно экологические знания стали относить к совокупностям

организмов – популяциям, видам, многовидовым сообществам, наконец, к живой природе в целом.

Согласно второму подходу человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необходимости и отбора. Возникновение проблем окружающей человека среды в значительной степени опосредовано антропогенным фактором (т.е. порожденных самим человеком нарушением регуляторных функций биосферы). Последние не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом – требованием подчинения законам природы. Это биоцентрический, или эксцентрический подход, по существу ставящий в центр экологических проблем состояние и устойчивость живой природы. биосферы. Он характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков.

Системные законы макроэкологии

Все связано со всем;
Все должно куда-то деваться;
Ничто не дается даром;
Природа знает лучше.

Сам ученый называл их законами экологии. Они не претендуют на системологическую строгость, но выражают важные закономерности.

О всеобщей связи вещей и явлений в природе и в человеческом обществе.

Можно отметить несколько важных для экологии следствий всеобщей связи:

Деятельность человека привела к изменениям химической среды на поверхности планеты, к возникновению необычных для поверхности земли, воды и воздуха высоких концентраций ряда элементов, к появлению ряда стойких синтетических соединений, чуждых химизму живых организмов – ксенобиотиков (от греч. ксенос – чужой). Некоторые из этих веществ являются сильными ядами. Поскольку из колоссального объема материалов и веществ, извлекаемых из недр, перерабатываемых и синтезируемых человеком, в природный круговорот попадает лишь малая часть, то с точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и отраву. При этом существенно нарушается замкнутость круговорота веществ.

Закон развития системы за счет окружающей среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально – энергетических и информационных возможностей окружающей среды, абсолютно изолированной саморазвитие невозможно.
Закон неустранимости отходовили побочных воздействий производства. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

Закон необратимости эволюции(большие системы эволюционируют только в одном направлении – от простого к сложному)
Правило ускорения эволюции –с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают.

Вот примеры платы за совершенствование в ходе биологической эволюции.

Подвижность животных, их гибкое поведение на основе переработки сигнальной информации многократно раздвинули сферу жизни. Появился мозг – живой компьютер, органы чувств и совершенные двигательные реакции. Но за большое число степеней свободы и богатство выбора пришлось заплатить необычайно возросшей напряженностью жизни, остротой борьбы за существование, постоянным риском гибели.

Это утверждение не столь очевидно, но очень важно для понимания взаимоотношений человека и природы.

Эта закономерность была сформулирована В.И. Вернадским в виде закона константности живого вещества: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других организмов.

Постепенно экологические знания стали относить к совокупностям

организмов – популяциям, видам, многовидовым сообществам, наконец, к живой природе в целом.

Согласно второму подходу человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необходимости и отбора. Возникновение проблем окружающей человека среды в значительной степени опосредовано антропогенным фактором (т.е. порожденных самим человеком нарушением регуляторных функций биосферы). Последние не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом – требованием подчинения законам природы. Это биоцентрический, или эксцентрический подход, по существу ставящий в центр экологических проблем состояние и устойчивость живой природы. биосферы. Он характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков.

Системные законы макроэкологии

· Все связано со всем;

· Все должно куда-то деваться;

· Ничто не дается даром;

· Природа знает лучше.

1. О всеобщей связи вещей и явлений в природе и в человеческом обществе.

Можно отметить несколько важных для экологии следствий всеобщей связи:

· Закон больших чисел – большое число случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер (Случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обуславливает вполне определенные значения давления и температуры. Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого).

· Принцип Ле Шателье – при внешнем воздействии, выводящем систему из равновесия, это равновесие смещается в сторону, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне этот принцип реализуется в виде способности экологических систем к саморегуляции. (Любые изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека).

Деятельность человека привела к изменениям химической среды на поверхности планеты, к возникновению необычных для поверхности земли, воды и воздуха высоких концентраций ряда элементов, к появлению ряда стойких синтетических соединений, чуждых химизму живых организмов – ксенобиотиков (от греч. ксенос – чужой). Некоторые из этих веществ являются сильными ядами. Поскольку из колоссального объема материалов и веществ, извлекаемых из недр, перерабатываемых и синтезируемых человеком, в природный круговорот попадает лишь малая часть, то с точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и отраву. При этом существенно нарушается замкнутость круговорота веществ.

· Закон развития системы за счет окружающей среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально – энергетических и информационных возможностей окружающей среды, абсолютно изолированной саморазвитие невозможно.

· Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

Читайте также: