Среди форм отношений между элементами различных систем в живой природе и в человеческом обществе одно из главных мест занимают парные взаимодействия, которые обобщенно могут быть обозначены как «ресурс — потребитель (эксплуататор) ресурса». В природе это — пищевые отношения: потребление растением минеральных питательных веществ из почвы и воздуха, поедание травы травоядным животным, отношения хищника и его жертвы, паразитизм и т.п. (см. п. 4.3). Взаимодействия в каждой из таких пар можно представить в виде контура обратных связей. Классическим примером такого контура может быть модель взаимовлияния численности особей в популяциях хищника (X) и его жертвы (Ж) (рис. 2.2).[ ...]
Результат взаимодействия зависит от исходного соотношения численностей и результативности нападения и избегания. В экологии известны несколько сценариев развития подобной системы во времени для ситуации с появлением нового сильного хищника в местообитании многочисленных жертв (рис. 2.3).[ ...]
В целом такой контур имеет отрицательный знак (плюс и минус дают минус). Это означает, что система авторегулятор-на, она способна сама себя поддерживать, хотя и колеблется около какого-то более или менее стабильного уровня соотношения численностей. Можно сказать, что в какой-то период количество жертв уменьшилось потому, что в предыдущем периоде оно увеличилось. Каждый из связанных таким образом членов системы становится причиной своего собственного поведения во времени.[ ...]
Рассмотрим поведение более сложного контура (рис. 2.4). В экологической системе водоема можно выделить такие компоненты: а) растворенные в воде минеральные питательные вещества; б) потребляющие их водные растения; в) животные, поедающие растения и других животных; г) останки организмов и продукты их жизнедеятельности — мертвая органика, детрит и д) разлагающие детрит до минеральных веществ бак-терии-редуценты.[ ...]
Такая система может стабильно функционировать длительное время. Умеренное возмущение гасится в ней авторегуляторным взаимодействием всех членов системы. Допустим, например, что под влиянием повышенной температуры или попадания в водоем удобрений усиливается развитие фитопланктона и водных растений. Это приводит к уменьшению запаса минеральных веществ и росту биомассы животных — от зоопланктона до рыб. Повышенное выедание планктона через какое-то время ограничивает этот рост. Увеличение биомассы обитателей водоема ведет к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит обусловливает их усиленное размножение. Ускоряются деструкция органики и разложение ее до минеральных продуктов. Цикл замыкается и восстанавливаются прежние соотношения между звеньями пищевой цепи. Система способна к самоподдержанию. На подобных механизмах основан процесс самоочищения водоемов.[ ...]
Необходимо подчеркнуть исключительное значение отрицательных обратных связей и отрицательных контуров для любых систем, в которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуляции физиологических функций в любом организме и поддержание постоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, т.е. гомеостаза любой авторегуля-торной системы. Все экологические системы включают контуры отрицательных обратных связей.[ ...]
В любом природном растительном сообществе почва и растущие на ней растения образуют устойчивый авторегуляторный контур с отрицательными обратными связями в виде потоков влаги и минеральных и органических веществ. Но если речь идет о земледелии, для которого наиболее важны такие характеристики, как плодородие почвы, урожай растений, количество отмерших, остатков растений и количество гумуса, то окажется, что они образуют замкнутый контур положительных связей (рис. 2.5). Система находится в неустойчивом равновесии, так как достаточно потери части плодородного слоя почвы в результате эрозии или изъятия части урожая растений без последующего возврата в почву необходимого количества питательных веществ, чтобы начался процесс деградации почвы и снижения продуктивности растений. Этот порочный круг или, точнее, порочная спираль получила в свое время название закона убывающего плодородия. Наши давние предки вплотную сталкивались с действием этого закона в эпоху подсечно-огневого земледелия, когда из-за быстрого снижения урожайности приходилось сводить все новые участки леса под новую пашню.[ ...]
На контурах положительной обратной связи основаны некоторые механизмы экономики, когда рост производства поддерживается не действительными потребностями, а усилиями маркетинга, диктатом предложения, навязчивой рекламой, которая искусственно провоцирует новые кажущиеся потребности. Ярким примером фатальности положительной обратной связи может быть гонка вооружений, при которой увеличение количества оружия увеличивает риск поражения оружием и потребность в усилении вооруженной защиты, что ведет к новому витку производства еще более мощных вооружений.[ ...]
В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. При рассмотрении контуров с большим числом связей существует важное правило: при четном числе последовательных отрицательных связей в контуре он становится контуром положительной обратной связи («минус и минус дают плюс»). Следует повторить, что поведение подобных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, а не конкретными значениями коэффициентов, которые обусловливают силу каждой отдельной причинной связи. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить коэффициенты, гораздо важнее добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак системы.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Двухвидовая система взаимовлияний хищника и жертвы |
 |
| Варианты динамики двухвидовой системы мсертва (Ж) — хищник (X)». |
|
| Схема взаимодействий между основными компонентами экосистемы водоема |
 |
| Схема контура положительной обратной связи в примитивном земледелии |
 |
| Схема возникновения «мания»-структуры |
 |