Одум - Экология - т.1 (947506), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

По мнению Нзттена (Район, 1978), идеальное изучение какого-либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: системы, подсистемы (соседний нвжппй уровень) н падсистемы (следующий верхний уровень), Более подробно о возникновении качественно новых свойств описано в работах Хенле (Неп)е, 1942), Бергманна (Вегдшапп, 1944), Лоури (Ботчгу, 1974) и Эдсона н др. (Едзоп еФ а1., 1981). Каждый уровень биосистемы характеризуется собственпымп, присущими только ему свойствами, а кроме того, обладает суммой свойств входящих в него подсистем-компонентов. Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью зкологов. Хоти философия науки всегда стремилась быть холистической, рассматривая явления в их целостности, в последние годы практика. 3 звззз м ~ззз 48 Глава » .науки становится все более редукционистской, пытаясь понять .явления путем детального анализа все более и более мелких компонентов.

Ласло п Мардлсено (Ьазз1о, Магяепап, 1962) считают, что в истории науки редукционистский и холистический способы мышления неоднократно сменяли друг друга (другие пары терминов для этих противоположных философских подходов — редукционизм — конструкцноннзм и атомизм — холизм). Вполне возможно, что здесь, если можно так сказать, вступает в силу взакон уменьшающейся отдачи», так как интенсификация исследований в каком-либо одном из этих направлений неизбежно приводит затем к переключению на другое направление.

Редукционистский подход, преобладавший в науке и технике .со времен Исаака Ньютона, дал много полезного. Так, исследования на клеточном и молекулярном уровнях создают прочную .основу для решения в будущем проблем на организменном уровне, например проблем терапии и профилактики рака, Однако, проводя исследования только на клеточном уровне, мы не получим ответов на вопросы, связанные с благополучием или сохранением цивилизации; для этого необходимо понять высшие уровни организации, чтобы найти решения таких проблем, как из.лишний рост народонаселения, социальные беспорядки, загрязнение среды и другие формы «рака» общества и окружающей среды. И холпстпческий, и редукционистский подходы следует использовать в равной мере, не противопоставляя их друг другу.

Новая наука — экология — стремится к синтезу, а не к разделению. По-видимому, возрождение холистического подхода по крайней мере части~но связано с неприязнью общества к ученому — узкому специалисту, который не может переключаться на решение крупномасштабных проблем, требующих неотложного рассмотрения. Эта точка зрения хорошо изложена в ассе историка Линн Уайт (»т')п1е, 1980).

В соответствии со сказанным выше мы будем обсуждать принципы экологии на уровне экосистемы, уделяя в то же время достаточно внимания таким подсистемам, как организм, популяция и сообщество, и такой надсистеме, как биосфера. Такова философская основа организации глав настоящей книги. К счастью, в последнее десятилетие успехи техники позволили па количественном уровне изучать большие сложные системы, такие, как экосистемы, Метод меченых атомов, новые физико-химические методы (спектрометрия, колориметрня, хроматография), дистанционные методы зондирования, автоматический мониторинг, математическое моделирование, компьютерная техника по.служили необходимыми для этого инструментами. Техника, разумеется, обоюдоострое оружие: она может быть как средством :изучения целостностп человека и природы, так и средством унич.тожения того й другого.

Введению предмет экологэв 4. О моделях Если по уже изложенным причинам экология должна изучать уровень экосистемы, то какими же методами следует воспользоваться, чтобы постичь эту многообразную и сложную форму организации? Мы начнем изучение с описания упрощенных версий, охватывающих только самые важные, основные свойства и функции.

Так как в науке упрощенные версии реального мира называют моделями, надо определить здесь это понятие. Модель (по определению) — зто абстрактное описание того пли иного явления реального мира, позволяющее делать предсказания относительно этого явления. В своей простейшей форме модель может быть словесной или графической (неформализованной).

Однако если мы хотим получить достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть статистической и строго математической (формализованной). Например, математическое выражение, описывающее изменения численности популяции насекомых и позволяющее предсказывать эту численность в любой момент времени, следует считать моделью, полезной с биологической точки зрения. А если рассматриваемую популяцию составляет внд-вредитель, то зта модель приобретает еще и зкономическое значение.

Модели, созданные на ЭВМ, позволяют получать на выходе пскомые характеристики нри изменении параметров модели, добавлении новых илп исключении старых, Иными словаки, возможна «настройка» математической модели с помощью ЭВМ, позволяющая усовершенствовать ее, приблизив к реальному явлению.

Наконец, модели очень полезны как средство интеграции всего того, что известно о моделируемой ситуации и, следовательно, для определения аспектов, нуждающихся в новых или уточненных исходных данных или же в новых теоретических подходах. Если модель не работает, т. е.

плохо соответствует реальности, необходимые изменения или улучшения могут бьыь подсказаны ЭВМ. Если же оказывается, что модель точно имитирует действительность, то вы получаете неограниченные возможности для экспериментирования: в нее можно вводить новые факторы нли возмущения, с тем чтобы выяснить нх влпяпне на систему.

Даже в случае не совсем точного соответствия модели реальному миру, что часто бывает на ранних стадиях ее разпаботкн, модель все же остается крайне полезной для обучения и проведения исследовательских работ, поскольку она выделяет ключевые компоненты и взаимодействия, заслуживающие особого внимания.

Вопреки мнению многочисленных скептиков, с сомнением относящихся к моделированию сложной природы, можно утверждать, что информация даже об относительно небольшом числе пе-. й* Глава 1 уеьгенных служит достаточной основой для построения эффективных моделей, поскольку каждое явление в значительной степени управляется илн контролируется ключевымн, эмерджентнымн или пнтегратнвпымн, факторами, о которых говорилось в равд. 2 н 3. Уатт (1"«'аг«, 1963), например, утверждает, что «для построения удовлетворительных математических моделей не нужно необъятного количества информации об огромном множестве перемен-. ~ных».

Математические аспекты моделирования рассматрива«отса ! 1 ! тч«е:й2. Блоковая схема, на которой показаны четыре основных комповен»а, которые должны учитываться при моделировании экологических систем. Š— дзив«ущая сила; Р— свойства; Р— потоки; » — взаимодействие. .в специальных учебниках, здесь же мы коснемся лишь самых «азов» этой днсцпплнпы.

Моделирование обычно начинают с построения схемы, или графической моделе, часто представляющей собой блок-схему (рпс, 1.2). На рпс. 1.2 буквами Р1 и Рз обозначены два свойства, которые при взаямодействии (1) дают некое третье свойство Рз (нли влияют на него), когда система получает энергию от источника Е. Обозначены также 5 направлений потоков вещества и энергии (Е), нз которых!1 — вход, а Р« — выход для системы как целого. Таким образом, в работающей модели экологической ситуации имеется как минимум четыре ингредиента илп компонента, а именно: 1) источник энергии или другая внешняя движу- а«ая сила; 2) свопства, которые снстемоаналнтикн называют пв,ремвнныии состояний; 3) направления патоков, связывающих свойства между собоп и с действующими силами через потоки энергии и вещества; и 4) взаимодействия или функ~1ии взаимодействий там, где взаимодействуют между собой силы и свойства, изменяя, усиливая или контролируя перемещения веществ и энергии илн создавая эмерджентные свойства.

Блок-схема на рис. 1,2 может служить моделью образования юмога в воздухе нал Лос-Анджелесом„В этом случае Р, изобра- Введение: предмет »копотня жает углеводороды, а Рз — окислы азота, два типа химических соединений, содержащихся в выхлопных газах автомобилей. Под действием движущей силы — энергии солнечного света Š— они реагируют между собой и дают смог Рз.

В этом случае взаимодействие 1 оказывает синергический, усиливающий эффект, так как Рз более опасен для здоровья людей, чем Р~ илп Рт, действующие порознь. Но рис. 1.2 может представлять и лугопастбищную экосистему, в которой Р1 — зеленые растении, превращающие солнечную П ббрбзбо« сб зз Ряс. БЗ. Блоковая модель с петлей обратной связи (управляющсй петлей), которая превращает лннейнузо снстему в частично замкнутую. энергию Е в пищу. В этом случае Рт обозначает растительноядное животное, поедающее растения, а Рз — всеядное животное, которое может питаться либо растительнондны»пи, либо растениями.

Характеристики

Список файлов книги