И.В. Бурковский - Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистем (1119242), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Другими словами, все боль­ше энергии расходуется на поддержание упорядоченности самих организмов исистемы в целом, учитывая, что количество связей с увеличением разнообразиявовлеченных в систему организмов возрастает и требует энергии на поддержа­ние. Таким образом, траты на общий обмен системы растут по мере ее усложне­ния, соответственно соотношение продукции сообщества к тратам на обмен (Р/Q) все время падает (рис. 2). В достаточно сложных сообществах чистой про­дукции не бывает, она целиком расходуется внутри системы; при этом валоваяпродукция (прирост общей массы в сообществе) растет.Для производства собственно земной жизни необходимо сравнительно не­большое количество энергии. Менее 0,1% солнечной энергии расходуется набиологическую (первичную) продукцию.

Жизнь, вероятно, отдаёт предпочте­ние информации перед потоком энергии (Маргалеф, 1992). Но вся энергия, по­лучаемая Землей, важна для обслуживания существующей жизни, так как идет26И.В. Бурковский. Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистемна процессы дыхания организмов (поддержание внутренней упорядоченности),на формирование климата и осуществление круговоротов воды и веществ.Всё зависит от энергии. Внутренняя же энергия, берущая начало от фотосинте­за, является только малой частью этой энергии.

Так, в процесс испарения на­земной растительностью вовлечено в 25-50 раз больше энергии, чем в фото­синтез (Одум, 1975). Сказанное справедливо для экосистем любого масштаба идаже для человеческого общества. Траты на обслуживание в развитых странахсущественно выше, чем на производство продукции; и количество людей, заня­тых в сфере обслуживания в несколько раз больше, чем на производстве.1.3. Информация в экосистемеИзвестные нам первичные компоненты Вселенной — вещество и энергия.Способ организации их в систему имеет большое значение и называется ин­формацией или формой.

С возникновением вещества возникла гравитация, аизменения в веществе породили информацию. Форма — нечто, придающее ве­ществу специфические и конкретные свойства. Материя, энергия, информация —основа Мироздания.Вопрос независимости информации от материи и энергии остается откры­тым. Трудно представить себе информацию без материального и энергетичес­кого носителя, но, с другой стороны, многое в организации живого и неживоговещества удобно объяснять уникальным свойством информации внезапно воз­никать и исчезать, как некая таинственная и самодостаточная организующаяформа (подобно виртуальным частицам вакуума).

Если библейское «Слово» встроках: «Вначале было Слово, и Слово был Бог» воспринимать как указаниена закодированную информацию, то это указание на ее предшествующее мате­рии и энергии существование. И следует признать, что это соответствует неко­торым научным представлениям об информации как независимой от материикомпоненте Мироздания.В прагматичной теории связи, где первоначально зародился этот термин,информация — характеристика сообщений. После принятия сообщения в соот­ветствии с количеством информации, которую оно несет, уменьшается априор­ная неопределенность. Механизм реализации информации состоит в процеду­ре выбора на бинарной основе (по принципу «да-нет») из большого числа воз­можных вариантов, так что образуется «древо выбора».

Информация — это то,что характеризует и отличает одну структуру элементов среди огромного числавозможных структур.Р. Маргалеф (1992) принимает более широкую, чем в теории связи, трак­товку «информации». Возникновение информации или формы связано с разви­тием во времени. Информация накапливается в мире, храня сведения о про­шлом и давая возможность предсказывать будущее.

Можно приравнять инфор­мацию к длине достаточно полного описания ситуации. В течение эволюцииВселенной (и биосферы) информация возрастает. Сложность (в т.ч. разнообра­зие) выступает здесь как мера информации. Информация, которая присутствуетГлава 1. Экологическая система27в структурах и может быть использована для воссоздания прошлого, в действи­тельности отражает энергию, утилизированную и деградировавшую в прошлом(трансформированную в информацию).

Эту энергию нельзя списать со счета,так как структуры, которые она наделила формой и информацией, еще пригодныдля реализации будущих изменений. Таким образом, осуществляется преемствен­ность информации в процессе эволюции Мироздания. По выражению Р. Маргалефа, «жизнь — это физическая основа плюс информация из прошлого».Накопление информации не является бесплатным, поскольку включает всебя энергетический обмен, сопровождающийся соответственным возрастани­ем энтропии. Существует связь между энтропией и информацией: единица из­мерения энтропии Дж/К содержит 10 бит.

Дж/К — постоянная Больцмана (Гор­шков, 1990).Информация, связанная с некоторой структурой (наделенной потенциаль­ной энергией), может в дальнейшем направлять энергию туда, где она можетбыть использована наиболее эффективно. Сама информация тоже становитсяэффективнее по мере того, как, переходя на следующий уровень, она начинаетконтролировать сам канал связи, становясь, по выражению Р. Маргалефа, «метаинформацией» и организуя входящую информацию. В результате элементыинформации изменяются и увеличивают свою ценность, принимая форму кода,памяти, грамматики или механизма детерминации.

В этом заключается иерар­хичность информации. Но это с точки зрения наблюдателя. В своих же соб­ственных рамках информация стремительно возрастает, хотя в терминах веще­ства и энергии этот рост выглядит несущественным: так, ДНК содержит маловещества и энергии, но обнаруживает огромное разнообразие в своей способ­ности к регуляции процессов в организме.

Информация — одно из самых таин­ственных и спонтанно проявляющихся свойств материи.23Информацию можно характеризовать числом ячеек памяти N. Если каж­дая ячейка включает два возможных значения, то число возможных комбина­ций различных значений равно 2 .

Двоичный логарифм этого значения равенчислу ячеек N и составляет величину информации в битах. На этом основанинформационный индекс Шеннона-Винера, используемый для оценки разно­образия системы:Nгде— доля элемента в системе; п — количество элементов.Элементарными ячейками памяти окружающей среды являются основныесостояния атомов и молекул: 1 бит — одна молекула, 1 бит — одна буква втексте и т.д.Информация в экосистеме присутствует как в структурах организмов, таки в потоках между структурами (Маргалеф, 1992). Возможная особенность ин­формации, отличающая её от вещества и энергии — неподчинение закону со­хранения. Она может возникать на основе предшествующего опыта развития28И.В. Бурковский. Морская биогеоценология.

Организация сообществ и экосистемсистемы и исчезать. Этим свойством информации объясняют внезапное изме­нение свойств системы: возникновение ДНК, выход из точки бифуркации присамоорганизации и другие. Однако мистическое свойство информации возмож­но объясняется недостаточной изученностью ее природы и в последнее времяоспаривается со стороны астрофизиков, наблюдающих за Черными дырами .Информацию в экологии обычно оценивают через сложность.

В математи­ке сложность: e(SC) , где в — сила связи, С — количество связей, S — количе­ство видов (May, 1971). Величина «е» эмпирически трудно определяемая. По­этому такая интерпретация сложности используется только в математическоммоделировании.На практике сложность обычно оценивают индексами видового разнооб­разия, включающими данные о количестве видов и их ранжировании, и воспри­нимают как результирующую взаимодействий видов между собой и факторамисреды — как структурную интегральную характеристику системы. Чаще ис­пользуется приведенный выше индекс Шеннона-Винера.Экосистемы — вместилища огромного количества активной и молчащейинформации, но специфичной для экосистемы является та, которая возникает врезультате взаимодействия между компонентами биологической и физическойприроды: в связях организм - среда.О количестве информации в разных системах и структурах можно судитьпо следующим данным (Горшков, 1990).

Переработка информации глобальнойбиотой (естественными «компьютерами») составляет 10 бит/с (где «с»— све­товой фотон как наиболее элементарная единица свободной энергии), в то вре­мя как поступает с солнечной радиацией 10 бит/с. Энергопотребление челове­чества расходует 10 бит/с. Этот информационный поток поддерживает циви­лизацию за счет разрушения биоты и окружающей среды. Наследственная ин­формация организмов определяется полимерной молекулой ДНК, содержащейоколо 10 мономерных единиц — нуклеотидных пар (ячеек памяти) и имеетпорядок 10 бит. Число видов в биосфере имеет порядок 10 .

Характеристики

Список файлов книги