ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ САМООРГАНИЗАЦИИ ЗАПОВЕДНЫХ СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМ С ПОЗИЦИЙ СИНЕРГЕТИКИ

PECULIARITIES PROCESSES SELF-ORGANIZATION RESERVE STEPPES ECOSYSTEMS FROM VIEW SYNERGETICS

 

Г.Н.Лысенко

H.N.Lysenko

Нежинский государственный университет имени Николая Гоголя

(16602, Украина, Черниговская область, г. Нежин, ул. Крапивянского, 2)

Gogol State University of  Nizhyn (2, Krapyvyansry Str., Nizhyn, Chernigiv Region, Ukraine, 16602, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)

 

Рассматриваются особенности процессов самоорганизации заповедных степных экосистем с позиций новой области междисциплинарных исследований – синергетики. Отмечается, что в большинстве степных резерватов, прежде всего в заповедниках с абсолютно заповедным режимом, процессы самоорганизации биотических структур чрезвычайно трансформированы и не соответствуют естественному ходу филоценогенеза Степи, как биома с доминированием травянистых экобиоморф.

The features of self-organization processes protected steppe ecosystem in terms of a new field of interdisciplinary research – synergetics. It is noted that the majority of steppe reserves, particularly reserves with absolutely reserve regime, self-organization processes of biotic structures are extremely transformed and do not correspond to the natural course of phylocoenogenes Steppe as biome dominated by grasses plants. 

Проблеме организации и функционирования степных экосистем вообще и заповедных экосистем в частности посвящена обширная литература. В исследованиях особое внимание уделялось рассмотрению вопросов, тесно связанных с особенностями флористического состава, специфики строения фитоценотических структур и способов функционирования степных экосистем в целом, включая консументный блок и педосферу. Внедрение строгих режимов охраны – абсолютно заповедного режима – привело к парадоксальному явлению. Как оказалось, при отсутствии стадных копытных и сопутствующим им видов степного фаунистического ядра, типичные доминанты – дерновинные злаки, стали замещаться корневищно-злаковыми а затем кустарниковыми и древесными биоморфами. Объяснить выше упомянутые трансформации не удалось, используя лишь флористический, фаунистический и биоценологический подходы.

В ХХ ст. появилось понимание того, что существует природное явление названное самоорганизацией материи, которое основывается на необратимости большинства известных науке процессов, протекающих в микро- и макромире. Материи свойственна способность создавать и поддерживать в открытых системах очень неравновесные состояния, из которых при определенных условиях осуществляются скачкообразные переходы в качественно новые состояния, в том числе с высшим уровнем упорядоченности. Еще в 1944 г. Э.Шредингер [11] пришел к выводу, что жизнь, в широком смысле, кроме разрушительной тенденции проявляет способность к стойкой поддержке упорядоченных состояний. В данном контексте системы, способные к самоорганизации, должны отвечать следующим требованиям: во-первых, они должны быть открытыми, что обеспечивает поступление энергии извне. Во-вторых, они должны находиться в очень неравновесном состоянии. И, наконец, в-третьих, выход из критического состояния представляет собой процесс при котором элементы, составляющие систему в данный момент, действуют организовано.

Существуют ли общие принципы возникновения структур в открытых системах?  На решение этой проблемы и направлены синергетические исследования. Синергетика (от др.-греч. совместная деятельность) – междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). В одной из своих монографий основатель синергетики Г. Хакен справедливо заметил: «Если наука желает избежать необходимости всякий раз для объяснения сути вещей обращаться за помощью к сверхъестественным силам и актам творения, она первым делом должна объяснить природу самозарождения и развития структур – иными словами, суть процессов самоорганизации» [10]. Самоорганизация заключается в том, что в ее основе лежат закономерности изменения параметра порядка, определяющие макроскопическое поведение наблюдаемых структур. Множество отдельных элементов открытой системы (в нашем случае экосистемы или биогеоценоза) задействованы в процессе постоянного тестирования различных возможностей, или другими словами, вариантов макросостояний, предоставляемых им системой. Под воздействием постоянно поступающей энергии (или энергии и вещества) один или несколько типов такой коллективной реакции оказывается предпочтительнее других, что согласуется и одновременно определяется законом энтропии. Со временем именно эти формы движения или  типы реакций становятся преобладающими в системе. Постепенно происходит подавление – или, говоря языком синергетики,  подчинение – ими всех прочих форм движения или типов реакций. Подчиняющие себе всю систему типы реакций называются также модами; они проявляются в явных и отчетливо наблюдаемых изменениях макроскопической структуры системы. Состояния, достигнутые системой в результате возникновения новых мод, как правило, представляются состояниями более высокой степени упорядоченности. Успеха добиваются те моды, чья скорость роста выше, они же определяют макроскопическую структуру.

Нам представляется вполне корректным все изложенное выше применить для анализа процессов самоорганизации, возникающих в заповедных степных экосистемах. Однако сразу же следует оговорить некоторые положения. Во-первых, большинство резерватов не образуют типичного континуума и являются в известной степени инсулярными системами, вкрапленными в антропогенно-аграрный ландшафт. Во-вторых, степные заповедники с большими оговорками можно отнести к полночленным биогеоценозам, характеризующихся сложной системой биотических связей между их компонентами. Типичные представители степного фаунистического комплекса, прежде всего травоядные копытные, или вовсе отсутствуют, или же заменены доместифицированными консументами. В-третьих, абсолютно заповедный режим, в создавшихся условиях оказался не панацеей, а лишь одним из экспериментов, результаты которого для большинства участков достаточно негативны, что проявляется в чрезвычайно агрессивной экспансии древесно-кустарниковых видов, кардинально изменяющих степной ландшафт.

В современной фитоценологии никто не ставит под сомнение наличие существенных различий в структуре и способах функционирования ценотических систем с доминированием трав и сообществ с эдификаторной ролью древесно-кустарниковых биоморф. Типичные степные ценозообразователи (представители родов Stipa L., Festuca L., Koeleria Pers. и пр.), связанные коэволюциоными отношениями с рядом степных консументов, прежде всего со стадными копытными, утратили свое ценотическое значение. На смену им пришли сообщества с доминированием корневищных злаков (представители родов Elytrigia Desv., Calamagrostis Adans., Bromopsis Fourr., Poa L., Dactylis L., Arrhenatherum Beauv.), а также виды лугово-степного и лугового разнотравья. Вместе с тем, во многих типологических вариантах степей значительное место в растительном покрове занимают кустарниковые степи с доминированием Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Volosczs.) Klaskova, Caragana frutex (L.) C. Koch, Amygdalus nana L., площади под которыми постоянно увеличиваются. Это же касается и зарослей степных кустарников (Prunus stepposa Kotov, Cerasus fruticosa Pall., Rhamnus cathartica L. и др.), которые уже выходят на плакорные участки при этом эффективно элиминируют из травостоя типичных степантов. На территории степных резерватов имеются участки в состав растительности которых входят сообщества с выраженной эдификаторной ролью лигнозных экобиоморф (Pyrus communis L., Malus sylvestris Mill., Acer tataricum L., Populus tremula L.), образующих фитоценоструктуры, которые габитуально и функционально несхожи с растительностью степей.

Доказано, что доминирование травянистых экобиоморф в большинстве случаев объясняется экзогенными механизмами стабилизации [2]. К огромному сожалению, зоокомплекс большинства степных заповедников достаточно беден. Более того, крупные дикие травоядные со времен организации заповедных участков никогда не играли более-менее заметной роли в зоогенной стабилизации резерватных экосистем. В какой-то мере это относится и к степной энтомофауне, о регуляционной роли которой в свое время писал В.Г.Мордкович [6]. Таким образом, ряд существующих ныне степных заповедников охраняет совсем иные биоценотические структуры, многие из которых с огромными допущениями можно отнести к “типичным” степным. Существующие заповедные режимы оказались в известной степени искусственными, а порой, чуждыми природе степи. В результате их влияния исчезают не только “краснокнижные” виды, но и типичные зональные доминанты и эдификаторы. Исчезают именно те объекты, ради сохранения которых и были в свое время созданы степные заповедники.

В целом парадигма самоорганизации постепенно приобретает характер общенаучного принципа [1, 4, 7, 8, 10], с позиций которого можно определить эволюцию систем как направленный процесс возникновения новых структур в результате самоорганизации их элементов. Конечно, необходимым исходным условием для возникновения эволюционных процессов является наличие старой системы, которая характеризуется открытостью. Эволюция открытых систем, охарактеризована предшественником Г. Хакена И.Р. Пригожиним [8] как «порядок через флуктуации». Ведь именно благодаря случайным отклонениям системы от предыдущего режима функционирования неравновесные системы, которыми являются и экологические системы, в том числе и степные, система теряет предыдущий уровень функционирования и переходит на новый, что проявляется в виде становления нового типа структур, отличающихся от исходных. Таким образом самоорганизация теперь становится основой любой теории эволюции.

Однако, главная трудность, которую необходимо преодолеть, заключается в более полной и точной экспликации понятия «самоорганизации», которое разными исследователями трактуется по-разному. В словаре-справочнике Н.Ф.Реймерса [9] находим такое определение: «самоорганизация – строгая последовательность («порядок») физико-химических и биологических явлений в природных системах обусловленная внешними и внутренними ограничениями и ведущая к возникновению физиономически однородного и/или функционально единого целого». В тоже время В.В.Жерихин [3] замечает, что самоорганизация сложных систем базируется на самовоспроизводящихся и способных к адаптивной эволюции элементах, которые могут самоструктурироваться уже при очень простых начальных условиях. Однако, эти параметры должны оставаться доступными на отрезке времени, соизмеримом со временем, необходимым для самоорганизации системы. В случае быстрых и не предсказуемых изменений начальных условий самоорганизация или невозможна, или протекает крайне медленно.

Н.Н.Моисеев [5], объясняя основные положения концепции универсального эволюционизма указывает на то, что они должны быть способны описывать ту общую картину, те общие явления, которые обнаруживаются уже в рамках изучения динамических систем. Это все те же процессы самоорганизации, непрерывно рождающие из хаоса новые квазистабильные образования и превращающие их снова в материал для формирования из хаоса новых структур, т.к. в основе этих процессов всегда лежат три эмпирических обобщения: изменчивость (стохастичность и неопределенность органически присущи природе); наследственность (зависимость настоящего и будущего от прошлого) и отбор (система правил, отбирающих из множества виртуальных событий движения реальные). Одним из способов решения данной проблемы, по мнению Н.Н.Моисеева, является использование механизмов бифуркационного типа. Однако, хотя вышеуказанные механизмы в биологии проявляются не в таком рафинированном виде как в физике, тем не менее, они сохраняют свою основную особенность – непредсказуемость исхода. Вместе с тем ак. Моисеев указывал на особое место, занимающее так называемыми им «механизмами сборки», которые провоцируют появление совершенно новых свойств у эволюционирующих систем. Он утверждал, что «... природе свойственна кооперативность – объединение отдельных элементов в системы. В результате у образовавшейся системы могут возникнуть новые свойства». И далее: «Совсем иное – возникновение свойств больших совокупностей объектов: если количество элементов и сложность связей между ними достигают некоторого критического уровня, то эта совокупность обретает некоторые качественно новые системные свойства. И с этой особенностью связаны, может быть, самые глубокие свойства окружающего нас «макромира».

Резюмируя отмеченные выше положения не трудно прийти к выводу о том, что  использование основных постулатов синергетики как междисциплинарной науки, поможет в решении целого ряда теоретических проблем современного степеведения - процессов эволюционирования степных экосистем как биомов с доминированием травянистых экобиоморф. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Дідух Я.П. Системний та синергетичний підходи в сучасній ботаніці // Етюди фітоекології // Яків Дідух; Ін-т ботаніки ім.. М.Г. Холодного НАН України. К.: Арістей, 2008.  С. 4-26.
  2. Жерихин В.В. Природа и история травяных биомов // Степи Евразии: проблемы сохранения и восстановления. СПб.,М.: Институт географии РАН, 1993. С. 29-49.
  3. Жерихин В.В. Самоорганизация и распад сложных систем // Избранные труды по палеоэкологии и филоценогенетике. М.: Т-во науч.изданий КМК. 2003.  С. 374-382.
  4. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика – теория самоорганизации. Идеи, методы, перспективы. М.: Знание. Сер. «Математика, кибернетика», 1983.  № 2.  64 с.  
  5. Моисеев Н.Н. Универсальный эволюционизм // Вопр. философии. №3.  С. 3-28.
  6. Мордкович В.Г. Степные экосистемы. Новосибирск: Наука, 1987. 205 с.
  7. Николис Т., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.  512 с.
  8. Пригожин И. От существующего к возникающему. М.: Наука, 1985.  327 с.
  9. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.  637 с.
  10. Хакен Г. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии. М., Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003.  320 с.
  11. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики? / Пер. с англ. А.А.Малиновского. М.: РИМИС, 2009.  176 с.

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!