99 Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила принципы и гипотезы) —
жүктеу/скачать 4.35 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 3.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
- 3.2. ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ
- 3.2.1. Сложение систем
| ГЛАВА 3
ТЕОРЕМЫ ЭКОЛОГИИ Принимая всякую теорию за личное дело, внешнее предмету, за удобное размещение частностей, натуралисты отворяют дверь убийственному скептицизму, а иногда и поразительным нелепостям. А. И. Герцен Люди повинуются законам природы, даже когда действуют против них. И. В. Гете Природа действует в согласии со своими законами, а человек — в соответствии со своими представлениями о законе. Август Леш 3.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ В предисловии к Экологическому энциклопедическому словарю И. И. Дедю горько сетует на «неспособность экологов мыслить аксиоматически, т. е. строго теоретически»*. Хотя этот упрек вполне справедлив, я бы не стал его адресовывать одним лишь экологам. Порок этот распространен значительно шире, охватывает многие естественные науки, а у нас в стране и общественные области знания.
Робость теоретического мышления в биологии, а преемственно и в изначально сильно биологизированной экологии, связана с едва ли достаточно глубоко обоснованной уверенностью, что в этих науках нет общих законов типа общей и частной теории относительности, квантовой электродинамики, или ньютоновой механики. Тут существуют лишь широкие эмпирические обобщения всегда с неизбежными исключениями, а потому они объясняют только часть наблюдаемого мира и крайне редко предсказывают новые факты. Примерно таково кредо нобелевского лауреата, английского физика и генетика Ф. X. Крика. «Завидуя физикам», биологи, географы и экологи берут на вооружение законы классической термодинамики, приложимые лишь к закрытым системам, физическое понятие энтропии (в биологии и экологии это понятие изменило свой смысл) и т. п. Нередко, не слишком зная или признавая жесткие ограничения этих закономерностей, ученые попадают впросак. Это вызывает путаницу и порой выглядит смешно. Однако существует довольно много экологических обобщений, достаточно надежно предсказывающих новые факты, а логические закономерности, даже если они не абсолютны для всей Вселенной, все же остаются важными обобщениями. Едва ли ограниченность в абсолютном времени и пространстве лишает их смысла. Физико-математический педантизм тут неуместен. Кстати, исключения в экологии также являются отражением непреложных законов, но лишь другого иерархического ряда и/или уровня. Жизнь намного сложнее физических явлений и несводима к ним. Потому она и требует более разветвленной сети обобщений. Физике — физиково, биологии — биологиево, а экологии — экологиево. Такова объективная структура знания. Р. П. Макинтош остается в строгих рамках биоэкологии. И. И. Дедю, сводя в словарной форме экологические законы, правила и принципы, довольно далеко вышел за ее пределы в область термодинамики, химии и прикладных разделов экологии, прежде всего сельскохозяйственной. Я в «Природопользовании»* старался обратить внимание на максимум экологических закономерностей в рамках всего цикла экологических наук и природопользования. Если при изложении экологической аксиоматики в словарной форме особых трудностей не возникает, то при ее логической структуризации попадаешь в довольно щекотливое положение. Общее число принципов, правил и законов экологии значительно превышает изначальные предположения. Ю. Одум в широко известной у нас в стране книге «Основы экологии» (М.: Мир, 1975. 740 с.) перечисляет 66 основных экологических принципов и концепций, в том числе касающихся экосистем — 4, энергии — 7, биохимических циклов — 7, лимитирующих факторов — 7, сообществ — 7, популяций — 19, видов и индивидуумов в экосистемах — 9, развития и эволюции экосистем — 6.
И. И. Дедю в словаре приводит 50 научных законов (плюс 3 закона Менделя и 4 — Б. Коммонера), 38 правил (плюс 2 правила Бейерника) и 36 принципов, связанных с экологией. Таким образом, их 124 плюс 9 дополнительных, всего 133 обобщения. В «Природопользовании» я сформулировал 60 обобщений на уровне закона (плюс те же 4 закона экологии Б. Коммонера, 3 закона К. Рулье, 3 закона системы «хищник — жертва» и ряд следствий из перечисленных законов), 28 обобщений, названных правилами (к ним прибавлены следствия из этих правил), и 23 статьи посвящены принципам экологии и природопользования (плюс 4 принципа связей биотоп — биоценоз и столько же принципов видового обеднения). Общее число отдельных статей 111, несколько дополнительных статей, включающих 18 обобщений и около 20 следствий. Таким образом, получается 129 теорем и два десятка следствий. Общие числа констатации в обоих словарях примерно совпадают. Однако сами приводимые закономерности полностью друг друга не перекрывают. Их общее число достигает 250. Материал налицо. Остается лишь структурно и логически обобщить весь массив теоретического знания. Это я и попытался сделать в последующих параграфах главы. Насколько в повествовании удалось избежать хаоса, пусть судит читатель. Однако прежде чем начать изложение, хотелось бы еще раз подчеркнуть, что наряду с твердыми теоретическими постулатами часть из сформулированных обобщений все же следует рассматривать как гипотезы, другую часть — как аксиомы, третью — как теоремы и так далее (афоризмы, метафоры, догмы и др.). Это не снижает их значения, поскольку никакая теория невозможна без иерархии обобщений различного уровня. 3.2. ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ Системная парадигма доминирует в современной науке. Простейшее определение системы — совокупность взаимодействующих элементов, составляющих некое более или менее ограниченное целостное единство. Предполагается при этом, что связи взаимодействия между элементами внутри системы сильнее, чем с внешними по отношению к системе даже абсолютно идентичными элементами. Следовательно, у системы имеются границы — морфологические или хотя бы функциональные, не обнаруживаемые с первого взгляда. Среди более чем десятка типов, а поэтому и определений понятия системы выделяются динамические разновидности. Их обобщающее определение: саморазвивающаяся и саморегулирующаяся, определенным образом упорядоченная материально-энергетическая и/или информационная совокупность, существующая и управляемая как относительно единое целое за счет взаимодействия, распределения и перераспределения имеющихся, поступающих извне и продуцируемых этой совокупностью веществ, энергии, информации, и обеспечивающая преобладание внутренних связей (в том числе перемещений вещества, энергии и передачи информации) над внешними. Очень краткое определение экологической системы (экосистемы) — пространственно ограниченное взаимодействие организмов и окружающей их среды. Ограничение может быть физико-химическим (например, граница капли воды, пруда, озера, острова, пределов биосферы Земли в целом) или связанным с круговоротом веществ, интенсивность которого внутри экосистемы выше, чем между нею и внешним миром. В последнем случае границы экосистемы размыты, имеется более или менее широкая переходная полоса. Так как все экосистемы составляют иерархию в составе биосферы планеты и функционально связаны между собой, имеется непрерывный континуум (как сказано выше, он проблематичен между сушей и океаном). Прерывность и непрерывность сосуществуют одновременно. Об этом уже было упомянуто в главе 2. Там же была приведена схема экологических компонентов экосистемы (рис. 2.4). Это позволяет здесь дать лишь ее развернутое определение: информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства (включая биосферу в целом) обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих. Это трудно произносимое определение, как кажется, с достаточной полнотой указывает на специфику экосистемы в ряду других природных систем. Вместе с тем она — лишь разновидность этих природных систем, а следовательно, должна управляться в соответствии с характерными для них функциональными законами. Именно с них, очевидно, необходимо начать обзор закономерностей, характерных для биотических образований или с участием живого. Ниже эти закономерности сгруппированы в 5 блоков: сложение систем, внутреннее их развитие, термодинамика, иерархия и отношения система — среда. Забегая вперед, отмечу, что дальнейшее изложение построено по схеме: внутренние закономерности живого и его отдельностей — организмов, их взаимосвязи со средой, сложение популяций, сообществ, экосистем, географическое отображение этих взаимосвязей, общие законы организации экосферы и биосферы Земли, поддержания ее надежности, эволюционные законы, взаимосвязи в совокупности человек — природа, основные черты социально-экологических закономерностей, правил и ограничений природопользования, теоретические принципы охраны природы и окружающей человека среды. В изложении сформулированных закономерностей почти нет ссылок на литературные источники, а авторство, как было уже сказано в начале книги, указывается лишь тогда, когда оно «канонизировано» в учебниках и специальных словарях. Такой подход связан с тем, что море экологической литературы мира буквально необозримо, а момент, когда был сформулирован тот или другой постулат, довольно трудно уловить. Многие закономерности были выявлены повторно, нередко многократно.
3.2.1. Сложение систем
Закон подобия части и целого не абсолютен. Электрон никак не может быть моделью организма, а отдельные гены аналогичны и даже идентичны у очень далеко систематически отстоящих друг от друга видов. Однако такие противоречия встречаются, как правило, при сравнении очень иерархически удаленных структур, главным образом элементарных и очень сложных. С известными поправками можно согласиться, что части обычно физиономически отражают основные свойства целого и аналогичны между собой. Закон подобия части и целого отнюдь не означает их абсолютной идентичности. Наоборот, еще в античное время была сформулирована аксиома: целое больше суммы его частей, или аксиома эмерджентности: целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его частей-подсистем и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями. При сложении системного целого образующаяся интеграция подчиняется иным (хотя возможно, и подобным) законам формирования, функционирования и эволюции. Образно говоря, одно дерево еще не лес, как и группа деревьев, а механическое сосредоточение химических элементов, молекул органических веществ, даже тканей и органов, не дает организма. Для леса необходимо сочетание всех его экологических компонентов, составляющих именно его экосистему, образование круговоротов веществ, регуляция потока энергии, в том числе образование собственного биоклимата, и т. д. Для организма требуется «энтелехия» системной целостности, обмена веществ и других свойств биосистемы. При всей очевидности аксиомы эмерджентности ее не всегда осознают в практической деятельности. Совершенно очевидно, что никакая система не может сформироваться из абсолютно идентичных элементов. Отсюда вытекает закон необходимого разнообразия. Даже в кристаллической решетке положение атомов в ней делает их функционально различными. Сельскохозяйственная монокультура вообще лишь метафорическое понятие, если это не стерильная гидро- или аэропоника одного клона растений. В любой монокультуре участвуют сотни видов дробянок, грибов, растений (сорняки) и животных (почвенные, вредители и др.). Для каждого типа систем необходимое разнообразие количественно различно и часто строго фиксировано. Нижний предел — не менее двух элементов (белки и нуклеиновые кислоты, «он» и «она» и т. п.), верхний предел — бесконечность. Системные образования состоят из подсистем. Их необходимое число и разнокачественность также более или менее постоянны. Для простейших систем это очевидно (два атома О2 дают кислород, три — озон), но для более сложных ясность этого принципа теряется. Например, каково должно быть число и разнокачественность функциональных составляющих биотического сообщества? В общем виде ответ несколько неожиданный: столько, сколько необходимо для его формирования, обычно много, но не строго фиксированно и различно в зависимости от географического и топографического места, среды жизни и других факторов. И эта неопределенность отражается в законе (правиле) полноты составляющих: число функциональных составляющих системы и связей между ними должно быть оптимальным — без недостатка или избытка в зависимости от условий среды или типа системы.
При всех колебаниях числа составляющих оно подчиняется действию закона избыточности системных элементов при минимуме числа вариантов организации: многие динамические системы стремятся к относительной избыточности основных своих составляющих при минимуме вариантов организации. Избыточность числа элементов нередко служит непременным условием существования системы, ее качественно-количественной саморегуляции и стабилизации надежности, обеспечивает ее квазиравновесное состояние. В то же время число вариантов организации жестко лимитировано. Природа часто «повторяется», ее «фантазия», если говорить не о числе и разнообразии однотипных элементов, а о количестве самих типов организации, очень ограничена. Отсюда многочисленные структурные аналогии и гомологии, однопорядковые формы организации общественных процессов и т. п. Стремятся к избыточности, например, демографические (в широком понимании термина) и экономические процессы, а также их следствия (распашка земель, урбанизация и др.). Однако имеется и стратегия самоограничения, направленная на замену количественного роста качественным усовершенствованием: забота о потомстве, большая его жизненность, интенсификация производства и т. д. Принцип перехода избыточности в самоограничение может быть сформулирован в следующих словах: избыточность системных элементов может быть заменена повышением качества этих составляющих (индивидуальной надежности) или их агрегации, в том числе в функциональные надсистемы (ср. ниже правило конструктивной эмерджентности и закон перехода в подсистему). Фактически все мироздание, начиная от «Большого взрыва» при формировании нашей Галактики, подтверждает справедливость этого принципа. Фиксированное число разнокачественных элементов возникает, очевидно, под давлением объективных причин. Всякое объединение не случайно, если оно не вызвано антропогенными внешними обстоятельствами. Движущим механизмом служит «выгода» большей надежности при объединении — действие правила конструктивной эмерджентности: надежная система может быть сложена из ненадежных элементов или из подсистем, не способных к индивидуальному существованию. Примеры этого правила чрезвычайно многообразны. Природа очень часто прибегает к услугам правила конструктивной эмерджентности. Достаточно вспомнить колониальные организмы (например, кораллы) и общественных насекомых (муравьев, пчел, термитов). Иерархическое строение природных систем также результат действия обсуждаемого правила. И для этого случая можно сформулировать закон (правило) перехода в подсистему, или принцип кооперативности: саморазвитие любой взаимосвязанной совокупности, ее формирование в систему приводят к включению ее как подсистемы в образующуюся или существующую надсистему: относительно однородные системные единицы образуют общее целое. Примеры столь множественны и общеизвестны, что едва ли их стоит приводить. «Кооперативный эффект» проявляется на всех уровнях организации материи, и его часто называют системным, или системообразующим, эффектом. Фундамент возникновения кооперативного эффекта — значительный вещественно-энергетический и информационный выигрыш. Это преимущество постепенно растет согласно закону (принципу) увеличения степени идеальности (Г. В. Лейбница), или «эффекту чеширского кота» (Льюиса Кэррола): гармоничность отношений между частями системы историко-эволюционно возрастает (кот уже исчез, а улыбка его еще видна). Этот принцип практически не имеет исключений, будь то отношения типа хищник — жертва или хозяин — паразит, морфолого-физиологическая корреляция органов в индивиде, взаимоотношение государств в мировом сообществе. Эмпирические наблюдения подводят к формулировке аксиомы, или закона системного сепаратизма: разнокачественные составляющие системы всегда структурно независимы. Между ними существует функциональная связь, может быть взимопроникновение элементов, но это не лишает целостностей, входящих в систему, структурной самостоятельности при общности «цели» — сложения и саморегуляции общей системы. Например, организм состоит из органов. Каждый из них «не заинтересован» в ухудшении работы другого органа или в уменьшении его размеров. Наоборот, в составе системы организма каждый орган тесно связан с другими гуморально и общей судьбой. Вместе с тем, печень не может быть частью сердца, но лишь функциональной составляющей пищеварительной системы. Таковы же взаимоотношения в любых системах, в том числе в социальном их ряде, хотя это не всегда осознается. Границы могут быть не столь четки, как в организме между органами (хотя и в нем они достаточно размыты). Например, государства в истории неоднократно укрупнялись, входя друг в друга, и разукрупнялись. Однако в конечном итоге империи распадались в силу действия закона оптимальности (см. ниже) размеров и неизбежного сепаратизма наций и народов, этносов. Это не противоречит экономическому и даже политическому объединению государств на основе «гуморальной» связи мирового рынка. Общемировое единое государство как структурно гомогенное образование также невозможно, как не может быть высшего организма из аморфного клеточного вещества, недифференцированных тканей и т. п. «Плавильный котел» наций возможен лишь как юридическое, но не физическое состояние, если речь не идет о тысячелетиях. Итоговым обобщением и развитием перечисленных закономерностей сложения систем служит закон оптимальности: с наибольшей эффективностью любая система функционирует в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах (или: никакая система не может сужаться или расширяться до бесконечности). Размер системы должен соответствовать выполняемым ею функциям. Обычно такой размер называют характерным размером системы. Ясно, что для того, чтобы рождать живых детенышей и кормить их молоком, самка млекопитающего не может быть ни микроскопической, ни гигантской; чтобы летать, птица не может быть слишком большой и т. п. Менее ясно, что в любую эпоху размер национальных государств строго ограничен, и империи, страдающие «синдромом динозавра», обречены на распадение. И в то же время, исходя из закона перехода в подсистему, государства не могут не кооперироваться, в том числе в области природопользования. Это им дает возможность использовать преимущества конструктивной эмерджентности. Для перехода к обсуждению законов внутреннего развития систем важна формулировка правила системно-динамической комплементарности, или закона баланса консервативности и изменчивости: любая саморазвивающаяся система состоит из двух рядов структур (подсистем), один из которых сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные особенности, а другой способствует видоизменению и даже саморазрушению системы с образованием новой функционально-морфологической специфики, как правило, соответствующей обновляющейся среде существования системы. Чем жестче организована система, тем сильнее в ней механизмы консервации, прямолинейней и непосредственней их действие. При этом большее значение имеют внешние для системы, а не внутренние для нее факторы развития. Примеры взаимодействующих рядов структур — наследственность и изменчивость с их аппаратами, организмы-эдификаторы в экосистемах и «вредители» в них, консервативные и радикальные партии в общественном развитии и т. п. Жесткие системы, вернее, квазисистемы типа механических устройств и тоталитарно-автократических политических общественных структур лишены свойства и механизмов самоподдержания (вместо них действуют жесткие связи и механизмы принуждения) и потому обречены на постепенное разрушение, тем более скорое, чем агрессивнее для них окружающая среда. При этом сначала выходят из строя отдельные части, а затем наступает момент полной деструкции такой квазисистемы без возможности для нее не только самовосстановления, но и искусственного ремонта (однако может быть создан из тех же или подобных частей еще более жесткий аналог). Подобные явления наблюдаются и в тех случаях, когда среда (физическая, историческая и т. д.) не соответствует функционально-структурным особенностям системы. В этом случае происходит вымирание, смена функций и другие аналогичные процессы, охватывающие не только исчезающие системы, но и связанные с ними функциональные совокупности и их иерархию (например, один вид никогда индивидуально не исчезает, с ним вместе меняется вся пищевая цепь, сеть, а затем консорция, синузия, биоценоз, экосистема и, отчасти, их иерархия в целом; аналогичные процессы идут в общественных процессах в случае изменения политической системы в одном государстве или их группе). Дополнительные закономерности читатели найдут ниже: см. закон согласования строения и ритмики (функций) частей (подсистем), или закон синхронизации и гармонизации системных составляющих (конец разд. 3.2.2), а также закон экологической корреляции и принципы экологической комплементарности (дополнительности) и экологической конгруэнтности (соответствия) в разд. 3.9.1. жүктеу/скачать 4.35 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||