И.В. Бурковский - Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистем (1119242), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Наследственнаяинформация всех видов биосферы, с которыми взаимодействует организм, содержит соответственно около 10 ячеек памяти. Число молекул (число ячеекпамяти) окружающей среды в 1 куб. м. имеет порядок 10 , а во всей биосфере —10 . Отсюда видно, что информация окружающей среды, с которой скоррелирован организм, на много порядков превосходит его наследственную информацию (10 и 10 , соответственно). Это указывает на важность среды как организатора экосистемы, хранящего информацию обо всем предшествующем времени развития материи.Переработка и хранение различаемой нами информации связаны с её материальными носителями. В природе переработка информации солнечного излучения производится всей биосферой — её живыми и неживыми компонентамисамостоятельно и сопряжена с расходом всей солнечной энергии. В мозгу человека и животных хранение и переработка информации происходит на элементахмолекулярных размеров, которые воспринимают реальные процессы в окружаm353834996153043943Глава 1.
Экологическая система29кэшей среде, но при этом отрывают их от их действительных материальных носителей, перенося в мир абстракций. В компьютерах хранение и переработкаинформации осуществляется с помощью отдельных элементов, которые потенциально тоже могут быть доведены до молекулярных размеров. Однако биотауже сейчас функционирует на базе естественных компьютеров с минимальновозможными молекулярными носителями информации. И коэффициент полезного действия (КПД) переработки информации в таких случаях близок к 1. Так,развитие зародыша в яйце (в «естественном микропроцессоре») происходит безпоглощения внешней энергии, но с потерей до 20% своей массы. КПД переработки информации таким образом равен 80%.
Мощность современных компьютеров должна быть увеличена на 15 порядков, с тем, чтобы можно было обрабатывать информацию в экосистемах (Горшков, 1990). Это дело будущего, поэтому сейчас, как и в статистической физике, в моделировании приемлемым считается неполное описание скоррелированности систем на основе измеримых средних характеристик (размеры тел животных, радиусы скоррелированности организмов в сообществе и т.д.).1.4.
Связь между энергией и информацией вэкосистемеВ экологии приходится сопоставлять совершенно разные ракурсы в общейсистеме представлений. Экосистемы можно изучать с точки зрения массы (биомассы) и потоков вещества и энергии (функциональный подход—Винберг, 1967, 1976;Хайлов, 1971; Одум, 1975; Алимов, 1989, 2000; Заварзин, 2004). Но можно — сточки зрения ее дискретности, индивидуальности и информации (структурныйподход — Маргалеф, 1992; Бурковский, 1992; Nielsen, Ulanowicz, 2000).Между структурными (сложность) и функциональными (поток энергии) характеристиками сообществ организмов имеются строгие количественные связи(Алимов, 1989, 1994, 2000), позволяющие говорить о закономерных количественных соотношениях между потоками энергии и информации (оцененной через видовое разнообразие) в водных экосистемах.
С увеличением разнообразия плавноснижается обобщенная функциональная характеристика сообществ животных:продукция сообщества /суммарные траты на обмен (P/Q). Т.е. падает КПД или эффективность использования энергии на увеличение валовой продукции (на прирост биомассы). При индексе разнообразия равном 5 бит/экз.
(максимальная величина в сообществах водных животных) значение P/Q не превышает 0,15 (К =0,13) — для бентоса и 0,07 (К = 0,065) — для планктона. Сложно организованныесообщества отличаются низкой эффективностью продуцирования, так как их усложнение всегда связано с увеличением доли более высокоорганизованных животных высших трофических уровней, имеющих низкие значения P/Q и удельной продукции. Последнее означает, что основная энергия идет на поддержаниеупорядоченности и воспроизводство элементов и структур организмов, входящих в сообщества, а не на образование устойчивых связей между элементами иструктурами, как это происходит у объектов неживой природы.2зоИ.В.
Бурковский. Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистемВ ходе сукцессии и эволюции сложность экосистем постоянно растет до известного предела, после которого дальнейшее усложнение системы неминуемо приводит к ее дифференциации. Чрезмерная сложность снижает целостность экосистемы.Для поддержания необходимой целостности сложной системы требуется большеэнергии.
Но эффективность использования энергии (на валовую продукцию) падаетс увеличением разнообразия. Следовательно, надо все больше «валовой» энергии напокрытие малой эффективности её использования (при сохранении уровня валовойпродукции) и для поддержания целостности системы. Так как большая часть энергии переходит в тепло (более 90%), то усложнение экосистемы ведет к прогрессирующим потерям энергии (в виде тепла) и распаду системы на части.
«Энергетическийпредел сложности» не позволяет экосистемам достигать целостности организма; онавсегда ниже и находится на таком уровне, который обеспечивает надежность ее существования в данных условиях. Исходя из вышесказанного, следует, что биосферакак система, обладающая максимальной сложностью, неминуемо должна расчленятьсяна меньшие экосистемы, а те, при достаточной сложности, на еще более мелкие подсистемы и части, что и наблюдается в природе.Сказанное можно изложить проще. Увеличение сложности системы связано с возрастанием количества элементов и связей в системе, требующих увеличения энергии на их поддержание. Но при этом сами связи прочнее не становятся.
Существует энергетический предел сложности для систем, обусловленныйпрогрессирующим увеличением энергетических затрат на поддержание усложняющейся системы на фоне снижения эффективности ее расхода на продукциюи связи. Далее следует расчленение системы на составляющие и ее дифференциация, ведущая к более эффективному использованию ресурсов.1.5.
Пространство в экосистемеФизическое пространство выступает в двух ипостасях: как вместилищедля материи и как информационное или силовое поле, организующее материю.Согласно И. Канту (1964; стр. 27) пространство, как и время, многолико и таинственно: «сама идея пространства — это не более чем наш образ — образ, способный к нескончаемому усложнению, но не к какому-либо конкретному приземлению [...] В Мире есть Тайна — нам дано только ее углублять». Это представление о пространстве разделяет и конкретизирует известный математик В.В.Налимов (1983; стр. 106): «Пространство многомерно; в нем могут быть математические объекты с дробномерной размерностью (фрактальные структуры);его метрика может быть гомогенной или гетерогенной, может быть неположительно определенной; кривизна пространства может быть задана различнымобразом; топология, определяющая окрестности точки, может быть далеко нетривиальной; пространство может быть расслоенным; элементами пространства могут быть не точки, а струны планковской длины [...] Представление оразличных геометриях человек извлекает из глубин своего сознания [...] Миртакой, как он есть.
Но если в нём присутствует Наблюдатель — носитель сознания, то Мир оказывается нетривиально пространственно упорядоченным».Глава 1. Экологическая система31Однако пространство отнюдь не только абстракция. Оно наблюдаемо и измеряемо. В классической ньютоновской физике вещество, пространство и время — это независимые фундаментальные понятия. Согласно классической теории между двумя телами действует сила взаимного притяжения, пропорциональная произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними (F=m -m/S ).Это справедливо для тел, скорость движения которых меньше скоростисвета (в пределах Солнечной системы).Современная физика (Общая Теория Относительности — ОТО) считает,что пространство и время образуют единый континуум, тесно связанный с веществом. Массивное вещество искривляет пространство-время, при этом радиус кривизны обратно пропорционален корню квадратному из плотности вещества (R = 1Л/Т ).
Искривление возможно вплоть до полной замкнутости пространства-времени при огромных массах, тогда объект не проявляет себя внешне —«не наблюдаем» (как это могло быть до Большого Взрыва).2l51.5.1. Э к о л о г и ч е с к о е пространство как в м е с т и л и щ е«Природа есть реальность в пространстве и времени» (И. Кант, 1964; стр.29). Пространство в экологии в первую очередь воспринимается как вместилище вещества, энергии, информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
