Экология. Экологические системы.

Экология — одна из наук биосферного класса, которые получили широкое распростране­ние в современном естествознании, поскольку в ней равновесные взаимодействия природной системы и окружающей среды прини­маются в качестве исходного понятия.'

Основные понятия данной на­уки, такие как «адаптация», «экосис­тема», «экологическое равновесие», «экологическая ниша».

Сам термин «экосистема» введен А. Тенсли в 1935 г. Экосистема слагается из всех организмов, обитающих в данной местности и зависящих друг от друга в различных отношениях, и из окружаю­щей эти элементы физической и химической среды. Выделение в ландшафте различных экосистем осуществляется достаточно про­извольно. Четкие границы между ними встречаются редко. Процес­сы в одной экосистеме затрагивают другую. Кругово­роты воды обеспечивают связь между экосистемами воды и суши. Следовательно, все экосистемы взаимосвязаны и образуют в своей совокупности единое целое — биосферу.

Важной разновидностью экосистем можно считать экосистему человека, под которой понимаются отдельные люди вместе со сво­ими культурными растениями и домашними животными. Каждый организм может жить, только взаимодействуя со своим окружени­ем в рамках экосистемы. Устойчивые экосистемы — основное ус­ловие устойчивости жизни на Земле. В каждой экосистеме выделя­ют два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Первые (совокупность организмов — растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Три основных принципа функциониро­вания экосистем

1. Получение ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов.

2. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно в пределах экосистем и избыточно.

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть за­нимаемый ею трофический (пищевой) уровень.

Экологическое равно­весие обеспечивает в природе устойчивость существования сово купности животных, растительных организмов и человека. В осно­ве экологического равновесия лежит относительное постоянство круговорота веществ в каждой конкретной экосистеме. Подобное равновесие называют динамическим. Основ­ным условием, определяющим жизнеспособность вида, является его способность устанавливать и поддерживать равновесие с дру­гими видами в пределах экосистемы, обеспечивающей эффектив­ный круговорот биогенов и устойчивый поток энергии. Основные понятия эколо­гии тесно связаны с различными типами равновесий, причем рав­новесий динамических, т.е. непрерывно регулирующихся. Эколо­гию можно считать ступенью восхождения к планетарному мыш­лению.

18. Развитие и управление в природе: кибернетика.

Задачу выяснить с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только синергетика. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, кибернетический подход, представляемый иногда как абстрагирующийся от конкретных материальных форм и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающему физические основы спонтанного формирования структур. Термином «кибернетика» 2500 лет назад древнегреческий философ Платон называл «искусство управления кораблем». В начале XIX в. французский физик и математик А.-М. Ампер называл кибернетику наукой об управлении государством. В 1948 г. американский математик Н. Винер издал книгу «Кибернетика», в которой определил это понятие как «науку об управлении и связи в животном и машине». Одна из важнейших задач кибернетики – исследование управляющих систем живой природы. Ключевым вопросом в ее решении стало понятие обратной связи, влияния следствий на причины, их вызывающие и определяющие ход процесса. Кибернетика возникла на стыке многих областей знания: математики, логики, семиотики, биологии и социологии. Обобщающий характер кибернетических идей и методов сближает науку об управлении, каковой является кибернетика, с философией. Задача обоснования исходных понятий кибернетики, особенно таких, как информация, управление, обратная связь и другие, требует выхода в более широкую, философскую область знаний, где рассматриваются атрибуты материи – общие свойства движения, закономерности познания. Явления, которые отображаются в таких фундаментальных понятиях кибернетики, как информация и управление, имеют место в органической природе и общественной жизни. Таким образом, кибернетику можно определить как науку об управлении и связи с живой природой в обществе и технике. Информация в живой природе в отличие от природы неживой играет активную роль, так как участвует в управлении всеми жизненными процессами.

Эффект обратной связи означает цикличность, замкнутость несущего информацию сигнала с выхода на вход системы управления. Посредством обратной связи осуществляется приведение объекта управления в соответствие с функционально-заданным результатом управления. Отрицательная обратная связь уменьшает действие возмущающих воздействий, положительная – усиливает, что может привести к разрушению системы управления.

В традиционной кибернетике гомеостаз рассматривается как некоторое устойчивое с точки зрения цели управления состояние объекта. Гомеостаз здесь обеспечивается тем, что всякие отклонения состояний объекта управления от цели управления компенсируются за счет отрицательной обратной связи. То есть в этом представлении гомеостаз прочно связан с целью управления. Эвристический путь совершенствования систем управления постепенно формализуется в рамках теории систем путем выработки синтетических обобщающих концепций методологического плана. Среди них общая теория систем Л. Берталанфи, кибернетика Н. Винера, функциональная теория систем М. И. Сетрова, ветви системного анализа, системотехнические и системологические работы, «глобальные идеи» теории управления, такие как обратная связь, адаптация.

19. Развитие и управление в природе: синергетика.

В системе научного знания выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой. Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания – это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании – синергетики. Как и кибернетика, синергетика – это некоторый междисциплинарный подход. Синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения. Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем. Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций. Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие». Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, – систем, способных к самоорганизации, саморазвитию. Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипативность. Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. Система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Становление самоорганизации определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает. Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы – это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим, таким как человек, общество, культура.

Дата добавления: 2015-10-02