Розділ «ГЛАВА 2. ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ»

Вказана властивість складної системи дозволяє виконувати експериментальні та теоретичні дослідження на зручному для дослідника рівні системи, йдучи поступово чи від складного до простішого, чи навпаки. Обов'язкова умова цього процесу - врахування всіх впливових зв'язків.

Зв'язки в екосистемі віддзеркалюють вплив однієї складової системи на іншу. Цей вплив середовища на біологічний об'єкт прийнято оцінювати екологічними факторами. Під екологічним фактором розуміється окрема властивість чи елементи середовища, які впливають на організм, або рушійна сила процесу чи вплив умови на процес. Природні екологічні фактори в літературі розділяються на біотичні та абіотичні в залежності від джерела впливу. Біотичні фактори - це форма впливу живих істот одна на одну (симбіоз, паразитизм, нейтралізм, хижацтво, фітонцидний вплив, турбування тощо). Вплив людини як біологічної особи теж враховується як фактор природного середовища. Абіотичні фактори - не властивості і показники природного середовища: рельєф місцевості, гідрохімічні властивості води, показники атмосферного повітря, особливості фунту тощо. Р.Ф. Реймерс приводить класифікацію факторів за 37 ознаками.

У залежності від особливостей дії фактора зв'язки в природній екосистемі можуть бути постійними (безперервними) і непостійними (тимчасовими, періодичними, випадковими), стаціонарними (незмінними по величині) і динамічними, які, в свою чергу, можуть бути гармонійними чи хаотичними.

У залежності від природи фактора зв'язки можуть бути енергетичними, речовинними та інформаційними. Дія фактора не залишається без відповіді об'єкта виливу. Як видно на рис. 2.1, дія на абіотичний об'єкт викликає з його боку рівну за величиною протидію у вигляді негативного зворотного зв'язку. Біотичний об'єкт реагує на дію значно складніше - у вигляді протидії і пристосування (позитивного зворотного зв'язку). В залежності від довготривалості дії пристосування організму проявляється як регулювання (часто називають саморегулюванням) чи адаптація. В залежності від особливостей механізму регулювання можливі два рівні - просте регулювання і складне регулювання. Механізм простого регулювання викликає реакцію організму, яка забезпечує його нормальну життєдіяльність у змінених умовах довкілля без змін конструкції організму. Наприклад, при підвищенні температури повітря організм підтримує незмінним свій тепловий стан за рахунок збільшення випаровування. Рослина забезпечує необхідний приріст маси при зниженні інтенсивності освітлення за рахунок збільшення ККД фотосинтезу. Складне регулювання дозволяє за рахунок короткочасної зміни в організмі забезпечити життєдіяльність при більш широкому коливанні зовнішнього фактора. Наприклад, у собак тепловідвід у спеку покращується за рахунок збільшення поверхні випаровування через язик, який висовується з паші. Для того, щоб зберегти організм від замерзання, тварини зменшують поверхню тіла на 25-30%, набуваючи пози "клубочком".

Адаптація - це довготривале пристосування, яке виникає і змінюється протягом еволюції виду. На відміну від регулювання, адаптація має незворотний характер. Зміни в організмі відбуваються повільно і стають сталохарактерними. По відношенню до людини ВОЗ дає таке визначення: "дійсне пристосування організму до мінливих умов навколишнього середовища, яке відбувається без будь-якого порушення даної біологічної системи і перевищення нормальних можливостей її реагування, тобто тоді, коли після певного періоду дії реакція на токсичні речовини повністю і назавжди зникає.

Зворотний негативний зв'язок живої істоти проявляється в здатності переборювати шкідливий зовнішній вплив, зменшуючи ризик свого руйнування, компенсувати негативний вплив на життєздатність шляхом саморегуляції.

Позитивний зворотний зв'язок проявляється в здібності живої істоти еволюціонувати, адаптуватись (пристосовуватись до нових умов існування).

На практиці жива природа начебто відшукує оптимальну систему пріоритетів, а природний добір "фільтрує", відбираючи тих, хто краще врахував конкретну ситуацію.

Конкуренція в біосфері відбувається на всіх рівнях - на груповому, популяційному, міжпопуляційному, видовому, міжвидовому. Вона є регулюючим фактором зберігання біологічного різноманіття, оскільки стримує збільшення виду (популяції*) зверх природної межі.

В ідеальних умовах, тобто при достатності живних речовин і відсутності конкуренції, чисельність осіб популяції Ч зростає по експоненційному закону:

де Ч0 - кількість осіб на початок періоду, а - коефіцієнт (постійна) експоненти, і - час періоду.

Розрахунки показують, що в ідеальних умовах один вид може заселити планету за дуже короткий термін, наприклад, бактерії, які діляться через 20 хвилин, - за 36 годин, комахи - за рік, пацюки - за 8 років, риби - за 12 років.

Цього не відбувається завдяки конкуренції та ємкості середовища. Остання визначається максимальною кількістю організмів, які можуть існувати в умовах обмеженості ресурсів (їжі, світла, місця і т.д.). Реально це обмежує період експоненційного росту чисельності, після якого частіше настає період стабілізації і асимптотичного наближення до горизонталі. Така закономірність називається логістичною (або s-подібною) - популяція характеризується стійкою рівновагою, а ємкість середовища називається рівнозважною чисельністю (рис. 2.2).

Логістичне рівняння в диференційній формі має вигляд:

де а - постійна експоненти в початковий період збільшення чисельності, К - ємкість середовища.

Складна система взаємодій у біосфері приводить до більш-менш стабільного співвідношення між видами. Однією з ілюстрацій цього є залежність між кількістю осіб ссавців Ч та масою особин М (рис. 2.3).

Популяції в природі складаються з окремих субпопуляцій, які відрізняються на генному рівні. Спадкове різноманіття зберігається завдяки тому, що окремі субпопуляції підтримують одна одну, обмінюючись генами. Чим вище генне різноманіття, тим більшим "запасом міцності" популяція володіє. Людство протягом багатьох тисячоліть було таким, що окремі субпопуляції внаслідок територіального положення мало взаємодіяли. В наш час ситуація інша. І фахівці не беруться передбачити генетичні наслідки нових демографічних процесів.

Рис. 2.2. Зміна кількості особин популяції з часом:

1 - експоненційний закон; 2 - логістичний закон

На рис. 2.4 представлено природний фрагмент "галявина лісу на березі річки", на прикладі якого розглянемо особливості системного аналізу.