Стабільність і стійкість екосистем

Досить цікавими є механізми регуляції метаболічних процесів у пойкілотермних тварин. Вважається, що “холоднокровні” тварини мають таку температуру тіла, як температура зовнішнього середовища. Частково це так, хоч добре відомо, що у комах в польоті температура тіла значно вища від температури оточуючого повітря.

Окрім того, багато які пойкілотермні істоти в різний час доби в залежності від свого фізіологічного стану обирають певні ділянки з тією чи іншою температурою. Так, рептилії полюбляють погрітися на сонечку. Але значно менше відомо, що риби також істотно змінюють рівень свого метаболізму, перебуваючи в певних горизонтах води з різною температурою.

Так, молодь (подкаменщика) Cottus extensus першого року життя з озера Бір (США) живиться виключно в придонних шарах, де температура води складає 4-50С остракодами і придонними веслоногими ракоподібними (циклопами) Але з настанням сутінок молодь переміщується в шари води з температурою 13-160С, де і тримається до світанку. Перебуваючи в шарах води з температурою на 90С вищою, ніж в місцях живлення, молодь таким чином підвищую рівень свого метаболізму (а відповідно живлення і росту) втричі (Wurtsbaugh, Neverman, 1988).

Прагнення до більш теплих ділянок після споживання їжі притаманне багатьом рептиліям, амфібіям і рибам, що сприяє активації процесів травлення і пришвидшує метаболічні процеси в цілому. З іншого боку, для риб показано значення переміщення в більш холодні горизонти води для більш економного використання наявних кормових ресурсів (шляхом зниження рівня метаболізму в умовах більш низьких температур).

Дослідження термопреферендумів у цьогорічок ляща (Базаров, Голованов, 2000) показало, що рівень кінцевого термопреферендума молоді ляща при голодуванні знижується на 13-160С у порівнянні з контролем (у ситих особин) і складає 13-150С. Внесення корму, не залежно від сезону року, призводить до вибору молоддю ляща літніх температур (260С і вище), які, вочевидь, є оптимальтними для життєдіяльності і відповідають їх еколого-фізіологічному статусу. При цьому слід відзначити, що реакції вибору зони оптимуму (чи кінцевого термопреферендуму) проявляється однаковою мірою і у ситих особин і на початкових стадіях голодування. Лише після 7-9 добового голодування виявляється тенденція до вибору голодуючими особинами більш холодних ділянок тепературного градієнта. Фізіологічний стан риб (зокрема, високий чи низький рівень нагодованості.. накормленности істотно впливає на характер і динаміку реакції. Якщо на початку експеримента як ситі, так і голоні риби (коефіціент вгодованості за Фультоном 1, 56) обирали зони кінцевого термопреферендуму на рівні 29-300С, то після голодування протягом 43 дібііі відновленні годування молоді (коефіціент вгодованості за Фультоном 1, 15) відповідний рівень був на 40С нижчим. Інтервал же обираємих температур у ситих особин був вужчим, а у голодних розширювався в 2-3 рази, що можна тлумачити як пошук їжі навіть в несприятливих температурних умовах.

На екосистемному рівні регуляція знаходить свій прояв і в екологічній сукцесії–і авто-і гетеротрофна сукцесії йдуть у напрямку досягнення термодинамічної рівноваги системи, коли вся доступна системі енергія (енергія, асимільована системою) йде на підтримання її впорядкованості. Тобто величина чистої продукції системи прагне до нуля, а вся енергія йде на підтримання негентропії.

Це знаходить свій прояв і у взаємозв’язку речовинно-енергетичних і інформаційних процесів в екосистемі.

Стабільність системи забезпечується їх збалансованістю і узгодженістю.

Кількісною характеристикою регуляторних можливостей системи є порівняння відносних змін екологічного фактору і параметрів системи. Так, оцінюючи можливість осморегуляторних механізмів, ми порівнюємо зміну солоності (у скільки разів) і концентрації солей в тканинних рідинах організму. На екосистемному рівні можна порівнювати рівень освітленості й рівень фотосинтезу, ступінь забруднення середовища (концентрацію забруднюючих речовин) і значення найбільш вагомих параметрів екосистеми – інформаційних, речовинно-енергетичних.

Азовське море завжди вважалося одним з найбільш продуктивних (в тому числі рибопродуктивних) у світі. В 1930-1960 рр. Вилови риби в ньому досягали 85 кг/га на рік, головним чином за рахунок тюльки, судака, ляща і

хамси. Максималдьна глибина Азовського моря–14м, солоність близько 10, 5%. Останніми десятиліттями Азовське море опинилося під могутнім антропогенним впливом, пов’язаним з зарегулюванням стоку Дону і Кубані, що знайшло своє відображення на водному режимі моря, зростання об’єму стічних вод промислового і сільськогосподарського походження, інтенсифікація судоходства та іншими, що підірвало запаси бентосу і риб-бентофагів. Цьому сприяли і геологорозвідувальні роботи по пошуку нафти та газу, звалювання в море забруднених грунтів з акваторій портів і судноходних каналів (дампінг) та ін.

В період інтенсивної хімізації сільського господарства на півдні Росії і в Україні (друга половина 60-х-80-ті роки), зі стоком Дону і Кубані зріс притік добрив і пестицидів в море. Внаслідок цього відбулася евтрофікація і обумовлене нею “цвітіння” води, а також накопичення залишків пестицидів в трофічних ланцюгах і акумуляція їх в тілі риб, особливо хижаків. Тяжко вдарила по рибним запасам розорювання (пойменніх лугов) – нерестовищ риб і засмоктування великої кількості мальків в різноманітні водозабірні споруди. І все жє таки навіть за цих несприятливих умов, екосистема Азовського моря виявилася досить стійкою, а загальний вилов риби досягав 250 тис. Т/рік, або в середньому 66 кг/га- головним чином за рахунок дрібних пелагічних видів- хамси і тюльки. Антропогенний прес на пелагіаль виявився меншим, ніж на бенталь і планктон Азовського моря продовжував розвиватись досить інтенсивно.

В 1990-ті роки, у зв’язку з економічною кризою та спадом виробництва масштаб антропогенного впливу на море знизився, токсикогенний стік з полів втратив своє колишнє значення і можна було сподіватися, що рибопродуктивність Азовського моря почне зростати. Проте відбулося несподіване: в Азовське море з Чорного, разом з водними масами відбулося вторгнення занесенего з Атлантичного океану гребінця мнеміопсис (Mnemiopsis leidyi A. Agassiz). Знайшовши тут чудові харчові ресурси у вигляді зоопланктону, а також іхтіопланктону. В короткий термін кормова база пелагічних риб виявилася підірваною, промислові запаси впали до критичного рівня. Рибна промисловість Росії і України в цьому регіоні понесла величезні, небачені раніше збитки.

В Чорному морі поодинокі екземпляри цього виду гребінця були помічені в 1982 році, проте вже в кінці 80-х років його загальна біомаса в морі досягла одного мільярда тон. З Чорного моря мнеміопсис завдяки системі течій, розселився в сусідні моря – Азовське. Мармурове, Егейське і Середземне.

Слідом за мнеміопсисом в Азовське море вселився гребінець Beroe ovata, який є антагоністом мнеміопсиса і він вже починає обмежувати його кількість.

Загалом підраховані збитки, нанесені мнеміопсисом рибному промислу – 43 млн долларів США щорічно.

Обгрунтовано метод регуляції щільності мнеміопсиса шляхом вселення його вида-антагоніста – Beroe ovata.

 

 

Системи здатні не лише до розвитку але їм притаманні процеси руйнування, які умовно можна поділити на:

-тепловий–коли система знижує ефективність функціонування, не змінюючи своєї структури і якості виконуваних функцій (збільшуються енерговитрати на виконання одиниці роботи) ;

-структурний–коли відбувається порушення структури (змінюється структурна будова системи), система може „втрачати” частину виконуваних функцій і/або погіршувати якість їх виконання;

-інформаційний–коли при збереженні структури системи порушуються зв'язки між ц ланками; у результаті погіршується якість виконання функцій окремими підсистемами системи.

Відповідно до зазначених напрямів часто виділяють і три види ентропії: теплову, структурну та інформаційну.

Слід зазначити, що стан системи формується з двох чинників: ентропії, що виробляється всередині системи, і зміни ентропії, обумовленої зовнішнім обміном.

Стійкий стаціонарний стан системи досягається тоді, коли за нескінченно малий період часу приріст ентропії не відбувається.

Передумовою ж стійкого прогресивного розвитку буде умова зниження приросту ентропії за такий же нескінченно малий відрізок часу (ds/dt< 0). У цьому випадку в системі почне накопичуватися вільна енергія для її прогресивних трансформацій.

Розмір змін стану системи залежить від впливаючого імпульсу. Впливаючим імпульсом (від лат. impulsus - поштовх, удар) можна вважати спонукальну причину, що викликає зміну системи.

На рівні системи в цілому результуючим чинником, що викликає зміни в системі, можна вважати різницю між припливом і відпливом негентропії системи (або, що те саме, відпливом і припливом ентропії системи). Це і є приріст негентропії, або інформації, якою володіє система. Віднесена до одиниці часу, ця величина характеризує темпи приросту негентропії (інформації) в системі.

Підвищення рівня інформаційної впорядкованості системи сприяє підвищенню рівня ефективності системи.

Останнє є однією з передумов її прогресивного розвитку.

Практично всі системи, які існують у природі, є динамічними, на відміну від статичних систем, які розглядаються в теорії.

Динамічна система–це система, стан якої залежить від динамічних чинників, тобто тих, параметри яких можуть змінюватися в часі.

Зростання інформативності предметів праці для виробників може бути виміряне одержуванням додатковим прибутком. Слід наголосити, що вихідні ресурси – це продукти більш низької інформаційної якості, що дозволяють одержувати продукти з більш високим інформаційним статусом.

За умов реалізації механізмів негативного і позитивного зворотного зв’язку мистецтво стійкого управління розвитком систем полягає у майстерності здійснення інформаційного контролю гомеостазу системи і здатністю створювати умови для майбутніх трансформацій системи, спрямовуючи матеріально-енергетичні потоки по найбільш ефективних інформаційних каналах.

 

1. Назвіть типи стійкості екосистем.

2. Які, Ви знаєте механізми регуляції екологічних процесів.

3. Що таке ентропія, яким чином вона впливає на розвиток системи?