Экология (старая, по-русски)

Глава 2. Биосферология
Биосфера — оболочка Земли, преобразуемая деятельностью живых организмов. Альтернативная трактовка (биосфера как оболочка Земли, в пределах которой встречаются живые организмы, «поле существования жизни» по В.И. Вернадскому) оказывается намного менее полезной. В.И. Вернадский ввел понятие «живое вещество» — совокупность всех живых организмов, рассматриваемая как единое целое. Область распространения живого вещества охватывает всю гидросферу, верхние слои литосферы и нижнюю часть атмосферы, но основная концентрация живых организмов отмечается в приповерхностном слое суши и океана.

Именно эколого-эволюционный подход к изучению биосистем позволяет понять, почему они таковы, какими мы их наблюдаем. Ключ к объяснению свойств любой биосистемы лежит в рассмотрении особенностей ее отношений со средой на протяжении ее истории.

Некоторые объекты невозможно или сложно исследовать непосредственно. В этом и во множестве других случаев используются модели. Модель — система, созданная для изучения системы-оригинала; она должна иметь сходный характер взаимодействия частей и благодаря этому обладать подобными эмергентными свойствами. Однако пользуясь моделями, важно никогда не забывать о том, что они — приближения, пригодные лишь для оценки определенного диапазона явлений. Разделим совокупность состояний системы-оригинала и описывающей ее модели на две области: ту, в которой оригинал удалось наблюдать в действительности, и ту, о которой мы судим только по модели. Если модель не соответствует оригиналу в изученной области, от нее нужно отказываться или, как минимум, существенно ее корректировать. А вот в неизученной области доказать адекватность модели нельзя.

При всей специфичности биосистем разных уровней, для них можно выделить ряд универсальных свойств. Назовем некоторые из них. Определенный состав и упорядоченность. Иерархичность организации. Обмен веществ. Поток энергии. Способность к развитию. Приспособленность. Саморегуляция. Динамичность. Целостность. Уникальность. Способность к воспроизводству.

Чем более целостна система, тем сложнее ее мозаичное описание. Мозг столь сложен, потому что объединен множеством связей (нейрон мозга человека может иметь 100 тысяч синапсов). Возможно, что человеческий мозг является самым сложно организованным объектом во Вселенной (по крайней мере, конкурировать с ним мог бы лишь мозг более развитого существа). Экосистемы менее целостны, и их эмергентные свойства не столь неожиданны. Тем не менее, даже достаточно простые системы способны проявлять неожиданные эмергентные, вызванные неразложимым на отдельные элементы взаимодействием частей системы, свойства.

Характерная особенность регуляции по принципу отрицательной обратной связи заключается в том, что она приводит к колебаниям регулируемой величины. Если воздействие выведет биосистему за пределы ее регуляции отрицательными обратными связями, она перейдет в другое качество. Сработают положительные обратные связи. Если же воздействие окажется не критичным, отрицательные обратные связи смогут вернуть биосистему к норме.

Прямая связь — это влияние какого-то фактора на изучаемую систему, управление ею (пример: поворачивая руль, водитель изменяет направление движения автомобиля). Обратная связь — зависимость управляющего воздействия от состояния самой системы (пример: изменение движения автомобиля влияет на повороты руля водителем). Таким образом, обратная связь — это управление системой с учетом ее состояния, зависимость управляющего воздействия от его результатов. Положительные обратные связи усиливают отклонение регулируемой величины от исходного состояния, а отрицательные обратные связи возвращают систему в прежнее состояние.

Биологию можно делить на части в трех относительно независимых измерениях: с одной стороны — по объекту изучения (зоология, ботаника, микробиология и др.), с другой — по методу (молекулярная биология, биохимия, генетика и т.д.), и с третьей — по подходу, определяющему рассматриваемые проблемы: морфологическому (описывающему структуры), физиологическому (описывающему процессы), экологическому (описывающему связь со средой) и эволюционно-историческому (описывающему предысторию системы).

Биологические системы организованны иерархически, и на каждом уровне осуществляется регуляция, использующая сходные принципы. Получивший развитие в конце XX века системный подход, восходящий в своем развитии к Людвигу фон Берталанфи, связан с тем, что системы, состоящие из сходно взаимосвязанных частей, имеют сходные целостные (эмергентные) свойства. Осмысление этих закономерностей вылилось в концепцию структурных уровней организации биосистем, которая начала развиваться в 30-х годах XX века, а окончательно сложилась в 60-х годах.

Существует версия, что рождение экологии как науки могло состояться в конце XVIII или начале XIX века благодаря работам Антуана Лавуазье. В 1792 году Лавуазье представил доклад «Круговорот элементов на поверхности земного шара», где описал круговорот углерода и заложил представление о трех функциональных группах организмов (которые позже назвали продуцентами, консументами и редуцентами). Великая французская революция казнила Лавуазье не за контрреволюционную деятельность, а просто потому, что он был ученым («Революция в ученых не нуждается, сударь!» — якобы сказал человек, отправивший Лавуазье на гильотину во имя идеалов свободы, равенства и братства).