Системный подход в экологических исследованиях

Методическая основа современной экологии – сочетание системного
подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.
Экология уже давно перестала быть чисто описательной дисциплиной,
сейчас в ней преобладают количественные методы – измерения, расчеты,
математический анализ.
Системный подход пронизывает большинство экологических
исследований, так как любой объект экологии имеет системную природу.
В системном подходе объединяются аналитические и синтетические
приемы исследования. Разнообразие исследовательских и прикладных
задач влечет за собой и разнообразие применяемых в экологии методов.
 Системный подход – это методологическое направление в науке,
основная задача которого состоит в разработке методов исследования
и конструирования сложно организованных объектов – систем разных
типов и классов.
 Системный анализ – совокупность методологических средств,
используемых для подготовки и обоснования решений по сложным
проблемам.
 Система – некая мыслимая или реальная совокупность частей
(элементов) со связями (взаимодействиями) между ними.
Некоторые общие свойства систем:
1.Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств ее частей.
Решающее значение имеют связи, взаимодействия между частями системы.
Степень несводимости свойств системы к свойствам отдельных ее элементов
определяет эмерджентность системы.
2.Каждая система имеет определенную структуру. Она не может состоять из
абсолютно идентичных элементов; для любой системы справедлив принцип
необходимого разнообразия элементов.
3.Выделение систем делит ее мир на две части – саму систему и ее среду. При
этом сила связей элементов внутри системы больше, чем с элементами среды.
По характеру связей, в частности, по типу обмена веществом и (или) энергией со
средой в принципе возможны:
А) изолированные системы – никакой обмен не возможен;
Б) замкнутые системы – не возможен обмен веществом, но обмен энергией
возможен;
В) открытые системы – возможен обмен и веществом, и энергией.
Системы, между внутренними элементами которых и элементами среды
осуществляются переносы вещества, энергии и информации, называются
динамическими.
4. Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над
внешними, определяет ее устойчивость, способность к самоподдержанию.
Внешнее воздействие на биологическую систему, превосходящее силу ее внутренних
связей и способность к адаптации, приводит к необратимым изменениям и гибели
системы.
Некоторые общие свойства систем:
5. Действие системы во времени называют поведением системы. Изменение
поведения под влиянием внешних условий обозначают как реакцию системы, а
более или менее стойкие изменения реакций системы – как ее
приспособление, или адаптацию. Адаптивные изменения структуры и
связей системы во времени рассматривают как ее развитие или эволюцию.
6. С возрастанием иерархического уровня системы возрастает и
сложность ее структуры и поведения. Сложность системы определяется
числом связей между ее элементами. Обычно системы, имеющие до тысячи
связей, относятся к простым; до миллиона связей – к сложным; свыше
миллиона – к очень сложным.
7. Важной особенностью эволюции сложных систем является
неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного
накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими
качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно
они связаны с так называемыми точками бифуркации – раздвоением,
расщеплением прежнего пути эволюции. Сам выбор в точке бифуркации
может быть обусловлен случайным импульсом.
8. Любая реальная система может быть представлена в виде некоторого
материального подобия или знакового образа, называемого соответственно
аналоговой или знаковой моделью системы.
Главные системные постулаты:
• Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов
приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от
случая, т. е. имеющему системный характер.
• Закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и в обществе: любая система
может развиваться только за счет использования материально-энергетических и
информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное
саморазвитие невозможно. Существенное увеличение числа или массы каких-либо
организмов за относительно короткий промежуток времени может происходить
только за счет уменьшения числа или массы других организмов.
• Закон максимизации энергии и информации: наилучшими шансами на
самосохранение обладают системы, способные к наиболее эффективному
накоплению, преобразованию и использованию энергии и информации.
• Принцип Ле Шателье–Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из
состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при
котором эффект внешнего воздействия уменьшается.
Основные следствия:
1.Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных
реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или
формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку
взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило,
существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может
вызвать сильные отклонения других параметров или всей системы в целом.
2.Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых
характерных для нее пространственно-временных пределах (закон
оптимальности).
Особенности системного подхода в изучении
иерархически организованных биосистем
1. По мере объединения компонентов или подмножеств системы
наблюдается появление качественно новых свойств, или эмерджентных.
Эмерджентные свойства могут служить отличным индикатором
состояния, функционирования каждого уровня иерархии.
2. Устойчивость биологических систем увеличивается с ростом уровня
иерархии. Одно из проявлений устойчивости – возможность системы
заменять свои элементы.
• на уровне организма – физиологические адаптации;
• на уровне популяции – динамика численности и структуры;
• на уровне экосистемы – замены целых трофических уровней, изменение
характера экосистемного цикла (при антропогенном эвтрофировании
водоема в системе остаются два звена – синезеленые водоросли (продуценты) и
гетеротрофные бактерии (редуценты); исчезает звено консументов и резко
падает степень замыкания цикла).
• на уровне биосферы – изменение соотношения в пользу наиболее
устойчивых систем.
3. Возможно существенное упрощение математических моделей систем
на основе использования свойств эмерджентности, повышения гомеостаза,
устойчивости, с ростом уровня биологической иерархии.