Александр Челноков - Общая и прикладная экология

1. Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно связь или взаимодействие между частями системы. По отдельным деталям машины трудно судить о ее действии и назначении. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Независимое рассмотрение законов человеческого общества и законов биоэкологии не позволяет судить о характере взаимоотношений человека и живой природы. Степень несводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов, из которых она состоит, определяет эмерджентность (от англ. emergence – возникновение, появление нового) системы.

2. Каждая система имеет определенную структуру. Она не может состоять из абсолютно идентичных элементов; для любой системы справедлив принцип необходимого разнообразия элементов . Нижний предел разнообразия – наличие не менее двух элементов, верхний – бесконечность. Разнообразие зависит от числа разных элементов, составляющих систему, и может быть измерено. В экологии оно обычно оценивается по показателю К. Шеннона (о нем шла речь ранее).

3. Всякая система состоит из двух частей – самой системы и ее среды. При этом сила связей элементов внутри системы больше, чем с элементами среды. По характеру связей, в частности по типу обмена веществом и (или) энергией со средой, выделяют системы:

• изолированные – невозможен никакой обмен;

• замкнутые – невозможен обмен веществом, но обмен энергией возможен;

• открытые – возможен обмен и веществом, и энергией. Системы, между внутренними элементами которых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации, носят название динамических систем . Любая живая система (от вируса до биосферы) представляет собой открытую динамическую систему.

4. Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над внешними определяет ее устойчивость, или способность противостоять изменениям. В технике известно, что если внешние силы, действующие на какой-либо механизм, оказываются больше сил механической связи между частями этого механизма, он неизбежно разрушается. Аналогично внешнее воздействие на биологическую систему, превосходящее силу ее внутренних связей и способность к адаптации, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы обеспечивается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой.

5. Действие системы во времени называют поведением системы. Изменение поведения под влиянием внешних условий называют реакцией системы, а более или менее стойкие изменения реакций системы – приспособлением ( адаптацией ). Адаптивные изменения структуры и связей системы во времени рассматривают как ее развитие , или эволюцию . Возникновение и существование всех материальных систем обусловлено их эволюцией. Самоподдерживающиеся динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии – образования подсистем в структуре системы. При этом наблюдается определенная последовательность становления эмерджентных свойств (качеств) системы – устойчивости, управляемости и самоорганизации . Эволюция состоит из последовательного закрепления такой адаптации, при которой поток энергии через систему и ее потенциальная эффективность увеличиваются.

6. С возрастанием иерархического уровня системы возрастает и сложность ее структуры и поведения. Сложность системы определяется числом п связей между ее элементами:

H n = lg n .

Обычно системы, имеющие до тысячи связей (0 < H n < 3), относятся к простым; до миллиона связей (3 < H n < 6) – сложным ; свыше миллиона ( H n > 6) – очень сложным . Все известные природные биосистемы обычно очень сложны, в то время, как искусственные – простые или сложные.

Другой критерий сложности связан с характером поведения системы. Если система способна к выбору альтернатив поведения (в том числе и в результате случайного изменения), то такая решающая система считается сложной. Следствием увеличения сложности систем в ходе их эволюции является ускорение эволюции, все более быстрое прохождение ее стадий, равноценных по качественным сдвигам.

7. Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность , отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифуркации – раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. От выбора того или иного направления развития в точке бифуркации очень многое зависит, вплоть до появления и процветания нового мира веществ, организмов, социумов или, наоборот, гибели системы. Даже для решающих систем результат выбора часто непредсказуем, а сам выбор в точке бифуркации может быть обусловлен случайной причиной.

8. Любая реальная система представляется в виде некоторого материального подобия или знакового образа, называемого, соответственно, аналоговой или знаковой моделью системы . Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и (или) математических (функциональных) отношений.

В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого – это мегасистема высокоорганизованных систем. Биологическая система имеет свои характерные черты и особенности, которые присущи только живому. Известно, что любая система состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биологическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними. Элементы и компоненты биологических систем выражают дискретную составляющую живого.

Биологические системы предельно индивидуализированы. Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций, видов и др. Это способствует их адаптации к внешней среде. Вместе с тем любая сложная организация немыслима без целостности.

Целостность системы означает несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов. Она порождается структурой системы, типом связей между ее элементами. Биологические системы отличаются высоким уровнем целостности.

Живые системы – открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом, энергией и информацией со средой. Обмен веществом, энергией и информацией происходит и между частями системы (подсистемами). Для живых систем характерны отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), способность к самоорганизации.