И.В. Бурковский - Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистем (1119242), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Маргалефа (1992, стр.10):«Экосистемы обладают свойствами и направлениями развития физических си­стем [...]. Существуют ограничения в экосистемах, обусловленные физически­ми законами: интеграцией живых и неживых компонентов, ролью внешней илиэкзосоматической энергии, согласованностью метаболической активности наразных уровнях, геометрическими ограничениями в организации и захвате про­странства и возможностями, оставляемыми законами термодинамики. Свойства,общие для всех физических систем, с незапамятных времен приводят к разде­лению жизни на дискретные единицы (особи) и выдвигают ряд физических ус­ловий для их совместного существования и развития. Эти условия предопреде­ляют в какой-то степени выживаемость и объясняют тенденцию к увеличениюсложности и другие изменения в экосистемах».Иначе говоря, поле существования жизни ограничено физическими зако­нами, жизнь со всеми своими специфическими правилами организации нахо-Глава 1.

Экологическая система15дится в рамках физических законов, лимитирующих поведение массы, энергиив пространстве-времени. Так, например, высокие температуры ведут к увели­чению энтропии и разрушению системы, отчего существование жизни невоз­можно за пределами определенных значений температур.Жизнь есть физическая основа плюс информация, полученная от событийв прошлом (Маргалеф, 1992). Жизнь в масштабе биосферы использует физи­ческие свойства Земли, комбинации разнообразных свойств на границах сред,где происходит сгущение жизни (шельф, осадки, поверхность суши и воды ит.д.). Она использует устойчивость литосферы и ее способность хранить ин­формацию, а получает энергию из более динамичных и подвижных аэро- и гид­росфер.

Ограничения жизни физическими параметрами окружающей среды вполной мере учитывались, пока экология была составной частью физическойгеографии. Сейчас, когда экология стала в большей мере биологической нау­кой, все более акцент смещается в сторону взаимодействия между особями раз­личных видов (Бигон и др., 1989), при этом нередко забывается важность физи­ческих ограничений, накладываемых массой, пространством и энергией (тер­модинамикой).Многое из того, что нам непонятно в биологии проистекает из неясностиявлений и процессов на более низком — физическом уровне. Эта неопределен­ность усугубляется фантастическим многообразием и недостаточной изучен­ностью значительно более сложных биологических объектов. Не следует забы­вать, что мы находимся пока на самом первом этапе познания объективной ре­альности, и, особенно, жизни — наиболее сложного феномена Природы.1.1.

Вещество в экосистемеВещество понимается, как составная часть материи, как воплощенная энер­гия. Часто встречающаяся принципиальная терминологическая неточность —отождествление понятий «вещество» и «материя». Материя — понятие самоеобщее, вещество — это лишь одна из форм её существования, другая — физи­ческий вакуум. Вещество в физике выступает в двух ипостасях — в виде реаль­ных полей и в виде соответствующих этим полям также реальных дискретныхчастиц.

За этими двумя проявлениями вещества скрывается одна и та же сущ­ность: в одних условиях она регистрируется приборами как поле, в других —как корпускулярная частица. В этом выражается дуализм вещества. Это важноесвойство материи, часто игнорируемое экологами, может инициировать появ­ление принципиально новых методов исследования организации сообществ иэкосистем, как это фактически произошло в эмбриологии при изучении меха­низмов развития организма (Гурвич, 1947; Газарян, Белоусов, 1983).Природа физического вакуума, его строение познаны намного хуже веще­ства.

Вакуум — это нулевые флуктуирующие поля, с которыми связаны вирту­альные частицы. Здесь также проявляется дуализм волновых и корпускуляр­ных свойств. Свое присутствие вакуум обнаруживает во взаимодействиях с ве­ществом на его глубинных уровнях. Вакуум — это не ничто (не пустота, как16И.В. Бурковский. Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистемзаметил ещё Демокрит), а материальный фон, обладающий своеобразными свой­ствами, пока еще слабо изученными.

Он, как и вещество, заряжен энергией. Вквантовой теории вакуум — это пространство, в котором отсутствуют реальныечастицы, и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объе­ме (с точки зрения классической физики это понять невозможно). Посколькусреда не содержит реальных частиц, то используется понятие частиц-невидимок(«виртуальные частицы»). Время существования этих частиц минимально —чтобы не успел нарушиться закон сохранения энергии-вещества. Так что появ­ление и исчезновение этих частиц остается без последствий. Косвенно вирту­альные частицы обнаруживают себя в эксперименте в ходе трех процессов вза­имодействия с веществом.(1) Воздействие на вакуум большой порции энергии порождает веществен­ные частицы.

Виртуальные частицы становятся реальными. Таким образом, междувакуумом и веществом нет непреодолимой преграды, возможны переходы.(2) Вакуум не реагирует на макротела и излучения («не замечает» их).Любое макротело проходит через вакуум огромные расстояния, не изменяя нисвоей энергии, ни массы, ни других регистрируемых физических параметров.Но вакуум активно участвует в процессах на уровне микровещества: во взаимо­действии реальных частиц с вакуумом они наделяются важнейшими свойства­ми (в том числе — массой) и способностью взаимодействия с другими частица­ми (энергией гравитации).(3) Во взаимодействии с веществом микромира у вакуума обнаруживают­ся некоторые свойства, трактуемые как наличие у него внутренней структуры,перестраиваемой при соответствующих изменениях условий.

Вакуум и веще­ство — неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолиро­вана от его присутствия и его влияния. Понятие «вакуума» пока никак не интер­претируется (и не используется) в биологии, остается чисто физической и аст­рофизической проблемой. Вместе с тем, вполне допустима его функциональ­ная аналогия со «свободным экологическим пространством», с потенциальной(нереализованной и оттого невыявляемой) информационной структурой сооб­щества и экосистемы.Вещество в экосистеме предстает как масса (количество) и состав (каче­ство). В первом случае оно выступает, прежде всего, как физическая субстан­ция, во втором — как химическая с соответствующими свойствами. Как ужеотмечалось, волновая составляющая вещества (поле) на уровне экосистемы со­вершенно не изучена, но можно предположить ее существенную роль во взаи­модействиях элементов системы и в формировании реального экологического(физического и информационного) пространства.Поведение живого вещества (биомассы) во многом наследует поведениенеживого вещества.

После Большого Взрыва, происшедшего около 15-20 млрд.лет назад, первородная масса непрерывно расширяется — увеличивается в объе­ме и распространяется в космическом пространстве (Сажин, 2001). Свойства­ми к неудержимой экспансии в еще большей мере обладает живая масса; ониГлава 1. Экологическая система17обнаруживаются в индивидуальном росте и размножении организмов.

Однакоживая масса в биосфере потенциально ограничена пространством Земли и еёресурсами, за счет которых она существует. Поэтому её общее количество иразнообразие в принципе небеспредельны. Увеличение разнообразия организ­мов ведет к росту дискретности биомассы (т.к. биомасса распределена междуособями) и к возможной потере экосистемой и биосферой своей целостности и/или существенному снижению эффективности использования энергии (см. энер­гия). Это вводит дополнительные ограничения на количество живого веществав биосфере. Достигнув своего физически обусловленного (естественного) пре­дела биомасса, как акцептор вещества на Земле, может только самообновлятьсяи перераспределяться между организмами (через смерть и рождение).

После­дние 70-100 млн. лет суммарная биомасса организмов постоянна, что указыва­ет на достижение ею предела насыщения при данных условиях.Принципиальная особенность поведения вещества в экосистемах связана сего обращаемостью — многократным использованием организмами в условияхлимитирования его общего количества физическими размерами планеты. Эле­менты циркулируют в экосистеме, переходя из одной формы в другую, и, в концеконцов, возвращаются в исходное состояние, но с неминуемыми потерями.Жизнь на Земле тесно связана с доступностью важнейших химическихэлементов, в первую очередь углерода, азота, фосфора, кальция, железа и не­скольких (около десяти) микроэлементов.

Всего жизнь использует немногимболее 40 элементов. Соотношение атомов трёх первых важнейших элементов вМировом океане (C:N:P), оцененное по океаническому планктону, составляет100:15:1 (Парсонс и др., 1982), в биосфере — 110:16:1 (Заварзин, 2004).Все используемые живыми организмами элементы вовлечены в биогеохи­мические циклы, в которых они проходят сложную круговую цепь превраще­ний. Циклами затрагивается только часть содержащегося в земной коре и в не­драх Земли элемента; отсюда деление фонда элементов на резервный (Боль­шой) и обменный (Малый), между которыми существуют слабый по интенсив­ности обмен, обеспечивающий соответствующее увеличение обменного фондапо мере роста общей биомассы организмов (Одум, 1975). Циклами связаны (хотяи нежестко!) многие организмы, что придает определенную функциональнуюцелостность экосистемам.

Характеристики

Список файлов книги