Наконец, анализ демографических данных показывает,
что развитие человечества идет столь нелинейно, что численность
растет даже быстрее, чем экспоненциально. С. П. Кур-
дюмов и С. П. Капица, предложившие математическую модель
этого процесса, охарактеризовали его как режим «с обострением
» или как взрывоподобную ситуацию, ведущую к
коллапсу1, с непредсказуемыми последствиями. Современное
естествознание пришло к выводу, что неоднозначность и неустойчивость
начальных условий есть естественное состояние
природных систем. Одна из главных современных проблем нелинейной
динамики состоит в том, чтобы разработать методы
изучения подобных систем, критерии и условия их упорядоче-
1 Коллапс (от лат. collapsus — ослабевший, уставший) — угрожающее
жизни состояние. В медицине коллапс — состояние, характеризующееся
внезапным падением артериального и венозного кровяного
давления, приводящим к ухудшению кровоснабжения жизненно важных
органов (мед.).
22 Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ
ния. Таким образом, невоспроизводимые явления также могут
быть объектом научного исследования.
Признание современной наукой парадигмы нелинейного
мышления знаменует конец представления о всесилии знания
и возможности предсказания даже в случае полного понимания
структуры системы.
Решения, найденные природой за миллионы лет, оптимальны
и имеют громадную ценность. Попытки перекроить
природу в угоду потребностям человека в конечном счете приводят
к созданию искусственных экосистем с энергетической
эффективностью, гораздо меньшей, чем у природных.
Примерами нелинейных моделей при описании разнообразных
живых существ и их адаптации к изменениям среды
обитания являются наличие порогов чувствительности к внешним
воздействиям, парадоксальные реакции на сверхмалые дозы
различных средовых воздействий, явления кумулятивного
и синергического интегрального действия многочисленных
факторов среды на организмы. Гомеостаз организма может
быть представлен как система колебательных процессов. Способность
к адаптации, реакция на стресс, реакция тренировки
характеризуются нелинейными дозовыми зависимостями.
Необходимость изучения и описания систем с нелинейным
поведением или с нелинейной динамикой в начале 70-х годов
XX в. привела к возникновению особого междисциплинарного
направления научных исследований, сформировавшегося
в комплексную науку — синергетику1 (от греч. synergeia — совместный,
согласованно действующий). Синергетика исследует
процессы самоорганизации в системах различной природы и
прежде всего в живых. Под самоорганизацией понимают процессы
возникновения пространственно-временных структур
в сложных нелинейных системах, находящихся в состояниях,
далеких от равновесия, при достижении ими особых критических
точек — т о ч е к б и ф у р к а ц и и . В этих случаях поведение
живых систем становится неустойчивым. В точках бифуркации
система под воздействием незначительных флуктуации
(случайных отклонений какого-либо фактора) может
резко изменить свое состояние. В эти переломные моменты
принципиально невозможно предсказать, в каком направлении
будет происходить дальнейшее развитие: станет ли система
хаотичной или она перейдет на новый, более высокий уровень
организации.
Термин «синергетика» ввел в 1994 г. немецкий физик Г. Хакен.
1.3. Развитие современной экологии 23
Формирование синергетики связано с работами И. Р. При-
гожина, известными как «теория диссипативных систем1».
Аттрактор — (от лат. attrahere — притягивать, привлекать)
— одно из ключевых в синергетике понятий, которое означает
относительно стабильное состояние, как бы притягивающее
к себе все множество возможных состояний системы,
задаваемых начальными условиями.
Другое ключевое понятие синергетики — параметры
порядка — немногочисленные параметры, через поведение которых
можно описать поведение весьма сложной системы. Такими
параметрами порядка в экологии биосферы являются, во-первых,
установившиеся за миллионы лет круговороты биогенов,
а во-вторых, энергетические связи в масштабах всей Земли,
которые образуют цикл от первичных продуцентов до деструкторов.
Подробное рассмотрение всех этапов глобального круговорота
(см. разд. 6.3) демонстрирует наличие не просто кольца
связей, а разветвленной сети из огромного количества разнообразных
подсистем. Этим и объясняется устойчивость всей системы
в целом.
В современной биологии доказано, что чем более устойчива
система, т. е. чем разнообразнее ее элементы (живые организмы,
биоценозы, экосистемы, из которых складывается
биосфера Земли) и чем разнообразнее связи между ними, тем
больше вероятность того, что система (биосфера Земли) не подвергнется
окончательному (катастрофическому) разрушению
по какой-либо причине.
Однако окончательный переход системы в кризисное или
катастрофическое состояние зависит от силы воздействия,
выводящей систему в состояние неустойчивости. Подробно этот
вопрос с учетом развития цивилизации и роста населения Земли
рассмотрен в гл. 8.
Математические модели и качественные понятия применимы
к развитию представлений не только об экологических кризисах
и катастрофах, но и об экологическом риске (Г. А. Ягодин,
Г. Г. Малинецкий, В. А. Легасов и др.).
Состояние неустойчивости, характеризующее чувствительную
к флуктуациям систему, необходимо для любого процесса
развития, ибо смена точек бифуркации и периодов более или
менее устойчивого развития есть природная закономерность.
Она лежит в основе эволюции биосферы, процессов онтогенеза
Диссипативные системы — открытые системы, в которых наблюдается
прирост энтропии.
24 Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ
(индивидуального развития) организма, а также и социального
развития общества.
Если внешнее возмущение слишком велико, система с некоторым
запаздыванием покидает свои пределы толерантности
(устойчивости, см. разд. 3.2.2) и прекращает существование.
Изучение критических возмущений важно не только для
исключения фатального антропогенного воздействия, но и для
предотвращения опасного сочетания возмущений, так как для
биосферы в ответ на сочетание многих воздействий характерны
синергетические (интегральные) эффекты. Техногенные
воздействия на природу медленно, но верно изменяют природные
сообщества: снижая видовое разнообразие, уменьшают
диапазон их толерантности.
История Земли знает ряд экологических кризисов и катастроф.
Одна из экологических катастроф, вероятно, была связана
с накоплением кислорода в океане и атмосфере. При этом
произошло массовое вымирание анаэробных организмов. Другие
доантропогенные катастрофы преимущественно происходили
при изменениях климата, и, как следствие, менялись
растительность и животный мир. При катастрофах в периоды
горообразования и изменения климата вымирало до 50% живого
на Земле. Однако эти процессы длились тысячи и миллионы
лет, и к ним биосфера успевала приспособиться путем естественного
отбора.
Самоускорение научно-технического прогресса и его пагубное
влияние на биосферу Земли, так же как и рост численности
населения человечества, описывает синергетическая модель
СП. Курдюмова («режим с обострением» или самоускоряющийся
процесс с положительными обратными связями).
Антропогенный фактор, вызывающий разрушение биосферы,
является флуктуацией, вызванной популяционным взрывом.
Система «общество — природа» по теории И. Р. Приго-
жина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться.
Однако распад старой системы отнюдь не должен означать
переход ее в хаотическое состояние. Бифуркация — это
толчок к развитию биосферы по новому, совершенно неведомому
нам пути. О судьбе биосферы в будущем беспокоиться
не следует, вероятнее всего она продолжит свое развитие. Однако
место и роль человека при этом непредсказуемы.
В интересах современного человечества — не доводить дело
до крайности (до точки бифуркации), а постараться сохранить
биосферу в современном привычном человеку состоянии.
1.3. Развитие современной экологии 25
1.3.2. Экология в системе естественных
наук и ее структура
Современная экология — это фундаментальная наука
о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание
основ нескольких классических естественных наук: биологии,
геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др.
Согласно основным положениям этой науки, человек является
частью биосферы как представитель одного из биологических
видов и так же, как и другие организмы, не может существовать
без биоты, т. е. без совокупности живущих ныне на Земле
биологических видов, которые и составляют среду обитания
человечества.