ВІДПОВІДІ 5 страница

В цілому біосфера - глобальна екосистема, тобто складна і багаторівнева. В ній кожен попередній рівень включений в послідуючий, більш складний за організацією. Тобто, саморозвиток будь-якої взаємопов'язаної сукупності, її формування в систему призводить до включення її як підсистеми в надсистему, що існує або утворюється.

Таким чином, в екологічних системах реалізується ієрархічність їх будови та принцип кооперативності. Результатом "кооперативного ефекту" дослідники (див. М.Реймерс) вважають значні переваги системи - порівняно з елементами, підсистемами в речовому і енергетичному відношенні.

Виживання, збереження системи забезпечується правилом системно-динамічної комплементарності і мінливості. Його зміст розкривається в тому, що будь-яка система, що саморозвивається, складається з двох видів структур (підсистем). Один з них зберігає і закріплює будову і функціонування системи, а інший сприяє змінам, які відповідають новим факторам середовища. Це може бути не тільки вдосконалення системи, а навіть її саморуйнування.

Прикладом співіснування двох видів структур - зберігаючих і змінюючих може бути спадковість і мінливість. Навпаки, жорсткі системи, наприклад, тоталітарно-автократичні суспільства та держави не мають таких механізмів самопідтримки.Замість них діють жорсткі зв'язки і механізми примушування. Тому, такі системи приречені на руйнування.

Важливим законом розвитку екологічних систем є системогенетичний закон або закон подібності еволюційно-історичного і індивідуального розвитку екосистем. Він твердить, що індивідуальний розвиток (онтогенез) системи є повторенням суттєвих моментів історичного розвитку (філогенезу). Специфічними проявами цього закону є біогенетичний закон, відкритий Е.Геккелем і геогенетичний закон, сформульований Д.Рундквістом.

Біогенетичний закон твердить, що онтогенез будь-якого організму в короткому вигляді повторює філогенез. Тобто, індивід в своєму розвитку повторює в суттєвих моментах еволюцію свого виду.

За геогенетичним законом мінералогічні процеси в короткі інтервали часу мов би повторюють загальну історію геологічного розвитку.

Подібним чином розвиваються екологічні системи в ряду сукцесій, йде розвиток техніки, пізнання світу дитиною тощо. Отже, існує загальний - системогенетичний закон, який стверджує, що системи в індивідуальному розвитку повторюють в скороченному вигляді і узагальненій формі еволюційний шлях розвитку своєї власної структури.

Існування, функціонування і можливості розвитку екологічних систем визначаються також законами відношення "система - середовище". Зрозуміло, що речовина та енергія для функціонування системи можуть братися лише з оточуючого середовища. Тобто, в цьому сенсі, розвиток системи є залежним від середовища. Цей суттєвий факт відображає закон розвитку системи за рахунок оточуючого середовища. Він показує, що будь-яка система може розвиватися лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей оточуючого середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток є неможливим.

Міра відповідності середовища існуючим в ньому живим чи соціальним організмам визначає позитивну чи негатичну перспективу їх існування. Радянський геофізик Г.Хільмі сформулював закон розчинення системи в чуждому середовищі. Він є справедливим для будь-яких систем, в тому числі для екологічних і соціальних. Особливістю соціальних феноменів є те, невеликі системні утворення, що розчинюються, "тягнуть" за собою оточуюче їх середовище, що породжує ефект пасіонарності, який досліджено Л.Гумільовим (наприклад, в книзі "Этногенез и биосфера Земли". Л., 1989).

Окрім загальноекологічних законів вчені-екологи виділяють низку законів внутрішкього розвитку екологічних систем (М. Реймерс).

Закон вектору розвитку. Цей закон відтворює таку сутнісну особливість розвитку систем, яка проявляється в спрямованості його в одному напрямку. Тобто, і індивідуальний, і історичний розвиток екологічної системи є спрямованим певним чином, в певному напрямку. Так, неважливо повернути еволюцію в зворотньому напрямку, неможливо повернути життя від старості до юності.

Закон ускладнення системної організації. Закон сформульований видатним біологом К.Рул'є, який зазначав, що історичний розвиток живих організмів приводить до ускладнення їх організації шляхом диференціації функцій і органів, що їх виконують. Подібним чином історичний розвиток екологічних систем призводить до більш тонких механізмів пристосування біогенної і абіогенної частин однієї до іншої.

Весь хід еволюції і розвитку екологічних систем підтверджує цей закон. Рушійними механізмами і причинами такого ускладнення є необхідність пристосування до умов середовища, що постійно змінюються. Так, в розвитку живого на Землі і в історії людства все більш складно видобуваються ресурси. В той же час, і живе, і людство прагне відносної незалежності від умов середовища шляхом ускладнення організації.

Закон необмеженості прогресу. Закон пояснює таку важливу особливість розвитку екологічних систем, яка проявляється в принциповій необмеженості еволюційного розвитку екологічних систем. Закон необмеженості прогресу твердить, що розвиток від простого до складного в існуванні екологічних систем в принципі є необмеженим. Втім, як і будь-який закон він має свої межі. Тобто, його не можна абсолютизувати. Ці межі визначаються, перш за все, часом і простором існування об'єкта - живого, людини, планети.

1. Якісно нові особливості цілого у порівнянні з його складовими є результатом взаємодії елементів системи між собою. Водночас система є якісно новим, своєрідним утвором у порівнянні з її елементами. В цьому знаходить свій прояв принцип емерджентності.

2. Концептуальна модель являє собою дещо більш формалізований і систематизований варіант традиційного опису досліджуваної екосистеми, що складається з наукового тексту, що супроводжується блок-схемою системи, графіками, таблицями тощо. Сам термін “концептуальна” підкреслює, що призначення цієї моделі – бути ясним, узагальненим і водночас досить повним виразом знань і уявлень про досліджувану систему в рамках і засобами певної наукової концепції.

3. При вивченні екосистем під терміном “популяція” розуміють сукупність всіх особин даного виду, що входять до даної екосистеми. Подібної точки зору часто дотримуються фітоценологи, проте замість терміну “популяція“ в цих випадках вживають термін “ценопопуляція”, підкреслюючи цим, що це не просто сукупність рослин певного виду, а сукупність, що входить до конкретного ценозу (угруповання).

4. Пристосування до польоту сприяло виробленню схожих адаптацій у представників різних таксонів. Так, маса великих грудних м’язів складає близько чверті маси тіла й у птахів, і у гастеропеліцид (риб родини харацинових з басейну Амазонки, які літають за допомогою активної роботи грудних плавців (хоч пролітають не більше 4-7 метрів).

5. Екологічна мережа – єдина територіальна система, яка включає ділянки природних ландшафтів, що підлягають особливій охороні, і території та об’єкти природно-заповідного фонду, курортно-оздоровчі, рекреаційні, водозахисні, полезахисні території та об’єкти інших типів, що визначаються законодавством України і є часткою структурних територіальних елементів, природних регіонів, природних ядер, коридорів, буферних зон.

8.1.

При вивченні популяцій зазвичай використовують дві групи кількісних показників: статичні – що характеризують стан популяції у певний момент часу t і динамічні, що характеризують процеси, які відбуваються в популяції за певний проміжок часу Dt.

До статичних показників належать: загальна чисельність і щільність популяції, а також різноманітні характеристики популяційної структури (вікової, розмірної, статевої тощо).

Визначити загальну чисельність природних популяцій досить складно. Можна відносно точно порахувати дерева, кущі тощо на певній території, але визначити точно загальну кількість тварин практично неможливо.

Для оцінки загальної чисельності популяцій рухливих тварин зручним виявляється метод мічення. Суть його полягає у тому, що відловлюють певну кількість тварин, і після мічення їх випускають на волю. Через певний час проводять повторні відлови, і по частці, яку складають серед пійманих істот мічені розраховують загальну чисельність популяції.

Але в переважній більшості випадків визначають не загальну чисельність, а щільність популяції. Це відомі методи трансект при вивченні рослин, метод облову певних ділянок, сюди ж належать і маршрутні методи обліку чисельності (птахів, рептилій, амфібій тощо).

З усіх типів просторового розподілу можна виділити три основні: випадкове, регулярне і плямисте.

На практиці розрізняти певний тип розподілу допомагає використання різних статистичних методів. Найпростіший з них полягає в оцінці дисперсії щільності і порівняння її із середнім значенням. В результаті можливі три варіанти: s² = m¯ – випадковий; s ² > m¯ – плямистий; s² < ¯m – регулярний.

Існує багато способів математичного визначення того чи іншого типу розподілу в залежності від конкретних ситуацій.

Біологічний сенс того чи іншого типу розподілу як правило, визначається умовами середовища (типом розподілу ресурсів та інших факторів середовища) і характером внутрішньопопуляційних взаємин. Так, якщо ресурси у просторі знаходяться рівномірно, то можливі два варіанти розподілу 1. випадковий (територіальність відсутня) і рівномірний (проявляється територіальна поведінка особин). Найчастіше як ресурси, так і окремі умови мають мозаїчний малюнок, йому відповідає плямистий тип розподілу особин у просторі.

До динамічних показників належать типи росту і типи динаміки чисельності (чи щільності) популяції.

Розрізняють два типи росту популяцій – J – подібний і S – подібний.

Якщо чисельність особин зростає з відносно постійною швидкістю, то ми маємо типовий J – подібний ріст. Це можна записати таким чином:

dN/dt = rN, звідки: r = dN/Ndt.

Якщо r = const, то ріст відбувається по експоненційному закону.

Якщо величини чисельності наводяться в логарифмічному масштабі, то графік експоненційного росту набуває вигляду прямої лінії. Тому інколи експоненційний ріст називають логарифмічним.

Рівняння експоненційного росту в логарифмічній формі має вигляд:

lnN_t = lnN₀ + rt, тобто є рівнянням прямої, а коефіцієнт r характеризує кут нахилу її до осей.

Біологічний сенс коефіцієнта r досить цікавий. По суту це – біотичний потенціал популяції. Його можна розглядати як різницю між миттєвою народжуваністю та миттєвою смертністю:

r = b – d; r – біотичний потенціал популяції, b – рівень народжуваності, d – рівень смертності.

Для опису цього типу росту можна використовувати багато рівнянь, але найбільш популярним виявилось найпростіше з них – так зване логістичне рівняння.

Уперше його запропонував бельгійський математик П.-Ф.Ферхюльст (Verhulst, 1838). Цим рівнянням користувалися багато дослідників, але з часом про нього забули. Потім його перевідкрили американські дослідники (Pearl, Reed, 1920), які, втім, через рік визнали пріоритет Ферхюльста.

В основі логістичної моделі лежить припущення про лінійне зниження швидкості питомого росту r_a = dN/Ndt у міру зростання чисельності N, причому ця швидкість стає рівною нулеві при досягненні деякої граничної для даного середовища чисельності К. Тобто якщо N = K, nj r_a = 0.

Логістичне рівняння в диференціальному вигляді:

dN/dt = r_maxN (K – N)/K;

де r_max – константа експоненційного росту, який міг би спостерігатися в початковий момент зростання чисельності.

К – верхня асимптота S-подібного росту. Біологічний сенс її можна ототожнити з поняттям “ємності середовища” для популяції. Ємність середовища (для популяції) – це максимальна щільність популяції, яка може підтримуватися ресурсами даної екосистеми.

В інтегральній формі логістичне рівняння має вигляд

K

N_t = ––––––––––,

a–r_maxt

1 + e

N_t – чисельність популяції у момент часу t,

e – основа натурального логарифму,

К – верхня асимптота S – подібного росту, або ємність середовища.

Зауважимо, що термін “логістична крива” був запропонований П.-Ф. Ферхюльстом без будь-яких пояснень. У французькій мові того часу слово “logistique” означало “мистецтво обчислення”.

В загальному вигляді співвідношення процесів, що визначають динаміку чисельності популяції, можна записати таким чином:

Зміна чисельності популяції = (народження особин + іміграція) – (загибель особин + еміграція).

Основні типи динаміки чисельності популяцій можна поділити на дві групи: рівноважні й опортуністичні. Перші – притаманні популяціям, щільність яких не має різких перепадів, вона як правило коливається в певних межах навколо якогось середнього значення. Опортуністичні ж популяції характеризуються злетами й падіннями чисельності. Причому графіки динаміки їх чисельності чи щільності часто нагадують електрокардіограму чи енцефалограму.

8.2.

Останніми роками поняття біосфери можна почути дуже часто. Фахівці біологи, екологи, географи, геологи, представники гуманітарних наук, філософи, публіцисти в різних аспектах обговорюють проблеми біосфери, говорять про її унікальність, про складність функціонування, про людину як елемент біосфери, про негативний антропогенний тиск на біосферу і необхідність її збереження.

Отже, проблеми біосфери знаходяться зараз в центрі наукового, філософського і соціопрактичного осмислення. Цю обставину можна пояснити значимістю біосфери для існування людини, взагалі живого. Крім того, значна увага до біосфери пов'язана і з загрозливим екологічним її станом. Останнє визначає потребу всебічного аналізу біосфери з точки зору сучасної екології.

Коли ми аналізували предмет екології, то дійшли висновку про його багатоаспектність. Один з аспектів відрізняє саме вітчизняну традицію визначення предмету екології, витоки якої ми знаходимо в науковій творчості В.І.Вернадського: вважається, що предметом екології є біосфера.

Дата добавления: 2015-05-24