Системний підхід в екології

5.1.1. Система. Загальні визначення

Видана 1971 року та перекладена російською мовою 1975 року книга Юджина Одума «Основи екології» ста­ла першою монографічною роботою, в якій був описаний об’єкт і предмет досліджень і визначені методи та підходи до розв’язання екологічних проблем.

Б. М. Міркін і Л. Г. Наумов вважають, що «системний підхід» зараз так часто вживається, що приносить більше шкоди, ніж користі. Але, незважаючи на різні погляди щодо системного підходу в екології, цей підхід є надзвичайно ак­туальним і необхідним. А. А. Ляпунов у 1970 році вважав, що принципи конструктивного системного підходу допомагають створювати нові програми вивчення, орієнтовані на розкрит­тя суті процесів трансформації енергії, передачі речовини та інформації в екосистемах.

Із середини XX століття поняття «система» (від грецького systema — ціле, складене з частин) стає одним із ключових філософсько-методологічних і спеціально-наукових понять. М. А. Голубець (2000) виділив розділ екології — екосисте- мологію (об’єкт досліджень — екосистеми різних рангів ор­ганізації від консорції до біосфери). Щоправда, це поняття в системології склалося ще не повністю, і багато дослідників, трактуючи його, вводять у визначення свої критерії. Тра­диційним є наступне визначення: система — це сукупність елементів, які взаємодіють між собою і створюють нову якість.

Проте наведене визначення не є конкретним, на основі якого можна класифікувати системи. Це визначення загаль­ного характеру. Підтвердженням цьому може бути класифі­кація степової рослинності за домінантним принципом.

За цим принципом угруповання зі схожим флористичним складом (Роа stepposa, Helictotrichon desertorum, Stipa zalesskii, Phleum phleoides, Anemone sylvestris та ін.) і схожою взаємодією видів можуть бути віднесені не тільки до різних асоціацій, а й до різних формацій (овсецево-степово-м’ятликова і степово- м’ятликово-залісько-ковилова) залежно від того, який вид домінує в угрупованні. У випадку домінування вид виступає як основа композиції, що дозволяє виділити та встановити межі різних систем рослинних угруповань. Вибір іншого за­кону композиції (наприклад, флористичних критеріїв) дає можливість об’єднати ті самі об’єкти в іншу систему.

Знання законів композиції під час визначення меж систем та для теоретичних узагальнень має велике значення, особливо при побудові теорії даного класу систем. Формалізація законів композиції сприяє коректному визначенню «сильніших» відносин між елементами системи порівняно з відносинами з іншими елементами або системами.

5.1.2. Складна система

Кожна система визначається певною структурою (еле­менти та взаємозв’язки між ними, їх властивості) та поведін­кою (зміни системи в часі).

Для системології ці поняття є такими ж фундаменталь­ними, як «простір» і «час» для фізики. У системології під структурою розуміється інваріантна в часі фіксація зв'язків між елементами системи, що відображають певні властиво­сті, і формалізується, наприклад, математичним поняттям «графа». Під поведінкою системи розуміється її функціонування в часі.

Складність системи на «структурному рівні» задається кількістю її елементів і зв’язків між ними. Дати визначення «складності» у цьому випадку вкрай важко: дослідник має справу з так званим «ефектом купи» (одна куля — не купа, дві кулі — не купа, три — не купа, а ось сто куль — купа, дев’яносто дев’ять — купа; то де ж межа між «купою» і «не купою»?). Крім того, відносність поняття «структура» (поділ на формальну та неформальну структури) примушує взагалі відмовитися від нього при визначенні складності системи.

Рис. 5.1. Принципи поведінки систем, що ускладнюються: 1—2 — прості системи, 3—5 — складні системи

Визначити, що таке «складна система» на «поведінково- му рівні», представляється реалістичнішим. Б. С. Флейшман запропонував п’ять принципів ускладнення поведінки систем (рис. 5.1).

На першому рівні знаходяться системи, складність поведін­ки яких визначається лише законами збереження в рамках балансу речовини та енергії (наприклад, камінь, що лежить на дорозі); такі системи вивчає класична фізика.

На другому рівні розташовуються системи зі складнішою поведінкою. Для них справедливі закони першого рівня, але їх особливістю є наявність зворотних зв’язків, що і обумов­лює складнішу поведінку; функціонування таких систем вив­чає кібернетика. Принцип гомеостазу зберігається для всіх систем цього рівня.

Ще складнішою поведінкою характеризуються системи третього рівня: вони складаються з речовини та енергії, ма­ють зворотні зв’язки, але їх особливістю є здатність «прий­мати рішення», тобто здатність здійснювати деякий вибір (випадковий, оптимальний або інший) з ряду варіантів по­ведінки («стимул — реакція»).

Системи четвертого рівня виділяються за здатністю здій­снювати перспективну активність або проявляти виперед­жувальну реакцію («реакція — стимул»). Цей тип поведінки виникає на рівні біосистем, складніших, ніж найпростіші, але ще не таких, які мають інтелект. Рівень їх складності має перевершувати рівень складності середовища, і вони повин­ні мати достатньо могутню пам’ять (наприклад, генетичну). «Пам’ятаючи» результати своїх взаємодій із середовищем до даного моменту часу і «покладаючись» на те, що «завтра буде приблизно те саме, що і сьогодні», такі біосистеми можуть заздалегідь підготувати свою реакцію на можливий майбут­ній вплив середовища. Для особин цей принцип відомий як ефект перспективної активності, для популяцій — як ефект преадаптації. В останньому випадку гарним прикладом може слугувати «дзвоноподібний» характер розподілу чисельності популяції уздовж деякого градієнта середовища: значна час­тина популяції, близька до модального класу, «пам’ятає» про

типові зміни даного чинника, крайні (нечисленні) класи — про різкіші та значніші зміни.

Нарешті, вищий (на сьогоднішній день) — п’ятий рівень складності об’єднує системи, пов’язані поведінкою інте­лектуальних партнерів, засновані на міркуваннях типу: «він думає, що я думаю» і так далі (класичний приклад — шахо­ва партія та розрахунок суперниками можливих варіантів її розвитку). Мабуть, для екології цей тип поведінки не має безпосереднього відношення, але він стає визначальним при раціональному природокористуванні та особливо при вра­хуванні соціальних аспектів взаємодії «людина —природа», тобто для соціосистемології (Голубець, 2005).

Системи, що включають в якості хоча би однієї підсис­теми систему, що має здатність до вирішення завдання (по­ведінці якої властивий акт рішення), називатимемо складними (системи 3—5-го рівнів; такі системи вивчає системологія). Прагнення системи досягти властивого для неї стану нази­ватимемо цілеспрямованою поведінкою, а цей стан — її метою.

5.1.3. Екосистема — основний об’єкт екології

Концепція екосистем за Ю.

За визначенням Ю. Одума, екосистемою є будь-яка оди­ниця, що включає всі спільно функціонуючі організми на даній ділянці і взаємодіє з фізичним середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури та кругообіг речовини між живою та неживою частинами (Одум, 1976).

Подальший розвиток уявлень про екосистему та біогео­ценоз привів до класифікації екосистем, де біогеоценоз є окремим ступенем організації екосистем, який маркується фітоценозом (Голубець, 2005). Біогеоценоз — екосистема в межах конкретного фітоценозу.

Поряд із визначенням екосистеми в країнах колишнього СРСР екологи широко використовували поняття «біогеоце­ноз». Цей тип біотичної системи вперше виділив В. М. Сука- чов. За його визначенням, біогеоценоз — сукупність на певній ділянці земної поверхні однорідних природних ланок (атмосфери, гірської породи та гідрологічних умов), що має свою особливу специфіку взаємодії компонентів, із яких вона складається, тип обміну речовиною та енергією між собою та іншими явищами природи і являє собою внутрішню діалектичну єдність, що зна­ходиться в постійному русі, розвитку (Сукачёв, 1964).

Підбиваючи підсумок цьому короткому порівнянню, від­значимо, що всі розглянуті об’єкти є системами взаємодіючих біоценотичних і екотопічних складових, а відмінності спо­стерігаються лише у визначенні меж цих систем у природі.

Все це змушує розглядати поняття «екосистема» у визна­ченні Ю. Одума як основний об'єкт екологічного дослідження. І нижню межу екосистеми можна встановити за наявністю біогенного кругообігу речовин.

5.2.