Современная концепция экологии

О связи экологии с общественными и гуманитарными  науками свидетельствует появление  таких её разделов, как социальная, медицинская, историческая, этическая  экологии.

Более подробное  представление об экологии и её задачах мы получим, если будем рассматривать структуру и динамику различных экологических систем, а также разные уровни их организации.

4.1 Экологические системы  и их структура

К экологическим  системам обычно относят все живые  системы вместе с окружающей средой, начиная от отдельной популяции  и кончая биосферой. Все они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии является совокупность организмов определённого вида, которые  взаимодействуют между собой  внутри вида, а вид как целостная  структура (система) - с окружающей средой. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменный уровни не рассматриваются  в экологии, хотя и живая молекула, и клетка, и тем более организм представляют собой открытые системы, которые могут существовать благодаря  взаимодействию со средой. Даже отдельные  популяции в чистом виде выделить трудно, поскольку в естественной природе они объединяются в более  обширные сообщества живых систем и  взаимодействуют также с неживой  природой.

На популяционном  уровне, как уже указывалось, различают  такие экологические системы, как  биоценозы, биогеоценозы, в которых  сообщества исследуются в тесной связи с неживой природой, почвой, микроклиматом, гидрологией местности  и др.

Более крупным  системным объединением в экологии считается биом, который включает в свой состав живые системы и  неживые факторы на обширной территории, например, лиственные породы деревьев на среднерусской возвышенности. Наконец, биосфера охватывает, согласно В.И. Вернадскому, всё живое, биокостное и костное вещество на поверхности нашей Планеты. И хотя она в известных пределах функционирует автономно, но в конечном счёте может существовать и развиваться только за счёт энергии Солнца и поэтому является также отрытой системой, которую в отличие от других систем называют экосферой.

В экосистеме можно  выделить два уровня:

* на верхнем,  автотрофном уровне, который называют  также зелёным поясом, мы встречаемся  с растениями, содержащими хлорофилл  и перерабатывающими солнечную  энергию и простые неорганические  вещества в сложные органические  соединения;

* на нижнем, гетеротрофном  уровне происходит преобразование  и разложение этих органических  соединений в простые.

Таким образом, в механизме трофических или  пищевых связей можно выделить следующие  элементы: продуценты автотрофных организмов, главным образом зелёных растений, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ; фаготрофы, к которым принадлежат гетеротрофные животные, питающиеся другими живыми организмами, растительными и животными; сапротрофы, которые получают энергию путём разложения мёртвых тканей или растворённого органического вещества.

В связи с  этим гетеротрофные организмы разделяют  на биофагов, поедающих живые организмы, и сапрофагов, питающихся мёртвыми тканями.

Одна из характерных  черт всех экосистем состоит в  том, что в них происходит постоянное взаимодействие автотрофных и гетеротрофных  подсистем организмов. Такое взаимодействие приводит к круговороту вещества в природе, несмотря на то, что иногда организмы разделены в пространстве. Как мы видели, автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают на зелёном  ярусе системы, где растениям  доступен солнечный свет, в то время  как на нижнем ярусе усиленно протекают  гетеротрофные процессы. Аналогичный  разрыв может происходить и во времени, причём значительный разрыв между  производством органического вещества автотрофами и гетеротрофами  приводит к его накоплению. Именно благодаря этому разрыву на нашей  планете образовались огромные запасы ископаемого топлива.

4.2 Взаимодействие экосистемы  и окружающей её  среды

В биологических  исследованиях, в особенности в  классической теории эволюции, обычно делается упор на изучение воздействия  окружающей среды на живые организмы  и их системы. Именно под таким  углом зрения рассматривается действие различных факторов на их эволюцию. Однако живые системы отнюдь не являются пассивными в этом взаимодействии. Они в свою очередь оказывают  мощное воздействие на окружающую среду.

В наибольшей степени  такое воздействие можно проследить на примере больших экосистем. Именно на такого рода факты опирается известная гипотеза Геи, выдвинутая в 1970-е годы физиком и изобретателем Джеймсом Лавлоком и микробиологом Линн Маргулисом. Своё название эта гипотеза получила от древнегреческого слова “гея”, обозначающего землю. Она предполагает совершенно иной подход к причинам и факторам становления жизни на нашей планете. Если традиционно допускают, что жизнь на Земле появилась после того, когда возникла сначала атмосфера со значительным содержанием в ней кислорода, то согласно гипотезе Геи, образование кислорода в атмосфере в целом обязано воздействию тех простых живых организмов, которые в бескислородных условиях стали выделять в окружающее пространство кислород. Своё предположение авторы гипотезы подтверждают ссылкой на то, что на близких к Земле планетах Марсе и Венере их атмосфера состоит соответственно на 95 и 98% из углекислого газа, кислорода на Марсе содержится 0,13%, а на Венере замечены лишь его следы. Примерно такая же картина наблюдалась бы на безжизненной Земле. Конечно, гипотеза Геи нуждается в дальнейших разработках и обосновании, но опирается она на важную идею, что жизнь обеспечивает условия для своего дальнейшего существования и развития. Это подтверждается многочисленными фактами из истории развития органического мира.

Чтобы выжить, а  тем более развиваться, экосистемы должны соответствующим образом  регулировать свою деятельность и управляться, а это требует установления информационных связей между различными подсистемами и элементами системы.

4.3 Информация и  управление в экосистемах

Наряду с потоками и круговоротом вещества экосистемы связаны также информационными  связями. Управление и регулирование  в них осуществляется с помощью  физических и химических элементов. Такие управляющие системы по своему функциональному назначению можно рассматривать как кибернетические. Однако в отличие от искусственных  систем, созданных человеком, в природных  экосистемах элементы управления рассредоточены внутри самой системы, и поэтому  процесс регулирования и управления в них происходит не из внешнего специального органа управления, как  в технических кибернетических  системах. Согласно кибернетическим  принципам, всякий процесс управления связан с передачей и преобразованием  информации. Для устойчивого динамического  функционирования системы необходимо, во-первых, наличие прямых сигналов, несущих информацию от управляющего к исполнительному устройству, во-вторых, обратных сигналов, которые информируют  управляющее устройство об исполнении команд. В экосистемах живой природы  действие принципа положительной обратной связи приобретает более сложный  характер, поскольку, как мы видели, регулирующие центры распределены внутри всей системы, а наличие избыточности, когда одна и та же функция выполняется  несколькими компонентами, обеспечивает необходимую стабильность системы. Для более конкретной характеристики стабильности экосистем обычно вводят понятие резистентной устойчивости, которая определяется как способность системы сопротивляться внешним нагрузкам и оставаться при этом устойчивой. При благоприятных условиях внешней среды экосистемы обычно повышают свою сопротивляемость усложнением внутренней структуры. Таким образом, тесная связь и взаимодействие между живыми организмами и окружающей средой представляют собой характерную особенность всех экосистем. Наиболее важными и по существу решающими являются энергетические связи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вернадский  В.И. Биосфера. - М., 1967.

2. Колесник С.В.  Общие географические закономерности  Земли. - М., 1970.

3. Концепция  биосферы и экологии [Электронный  ресурс]: http://ineka.ru/student/kse/Emel_book/11/raz11.htm#Раздел%20_11

4. Магницкий  В.А. Внутреннее строение и  физика Земли. - М., 1965.