2.6. Фундаментальные законы экологии

Современная экология располагает обширным, не требующего доказательств, материалом относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила и принципы заимствованы из смежных дисциплин и опираются на фундаментальные законы естествознания. Таковы начала термодинамики, законы сохранения вещества и энергии, закон минимума, максимума, толерантности, законы диссипации (рассеивания) энергии Онсагера – Пригожина и др. Среди них есть несколько принципов, важных для понимания поведения экологических систем, их способности к самоподдержанию и саморегуляции.

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Случайное, стохастическое, поведение большого числа молекул в некотором объёме газа обусловливает вполне определённые значения температуры и давления. Огромное количество бактерий в почве, воде, тканях растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого.

Принцип Ле Шаталье – Брауна. При внесении воздействий, выводящих систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. Разработанный первоначально для условий химического равновесия, этот принцип стал применяться для описания поведения самых различных самоподдерживающих систем. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к саморегуляции. В биосфере механизм осуществления этого принципа основывается на функционировании всей совокупности живых организмов и служит главным регулятором общеземных процессов.

Действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе. Он связан с законом физико-химического единства всего живого вещества и законом развития системы за счёт окружающей её среды, и законом постоянства количества живого вещества, сформулированных В.И. Вернадским: любая система может развиваться только за счёт использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей её среды; изолированное саморазвитие невозможно. Значительное увеличение числа каких-либо организмов за счёт относительно короткий промежуток может происходить только за счёт уменьшения числа других организмов. Это правило распространяется и на число видов организмов. В мире живых существ тотальность связей проявляется особенно ярко, потому что при материальном единстве жизни живые системы характеризуются наиболее разнообразными, разветвлёнными и интенсивными взаимопереходами вещества, энергии и информации. Они образуют экологические сети взаимосвязей. Богатство связей относится не только к локальным экосистемам. Глобальные круговороты веществ, ветры, океанические течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов – всё это в той или иной степени связывает пространственное удаление природных комплексов и придаёт биосфере признаки единой коммуникативной системы.

Густая динамичная сеть связей и зависимостей характерна и для человеческого общества. По сравнению с природой она многократно обогащена за счёт потоков информации. Существует много примеров многоступенчатого опосредования и усиления частных изменений в технологических процессах и в производстве. Не следует представлять себе эти закономерности так, будто всё связано со всем отдельно в природе и отдельно в обществе и экономике. На самом деле природа, общество и экономика находятся в одной сети системных взаимодействий. Существуют важные для экологии следствия всеобщей связи, закона динамического равновесия и принципа Ле Шателье – Брауна.

Закон цепных реакций. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведённого изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило, существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров или привести к изменению всей системы в целом.

Закон оптимальности. Любая система функционирует в некоторых характерных для неё пространственно-временных пределах. Вместе с этим в живой природе действует правило максимального «Давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число. Однако давление жизни ограничено емкостью среды, межвидовыми взаимоотношениями, взаимоприспособленностью различных групп организмов. Эту закономерность иногда обозначают как закон сопротивления среды жизни или закон ограниченного роста Ч. Дарвина. Ч. Дарвину принадлежит также экологическая аксиома адаптированности: каждый биологический вид адаптирован к строго определённой, специфичной для него совокупности условий существования, которая позднее получила название экологической ниши. Очевидна связь этого положения с законом оптимальности.

Закон экодинамики. Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голсмит (1981 г.) обозначил как законы экодинамики. Первый из них – закон сохранения структуры биосферы, второй – закон стремления к климаксу, то есть к достижению экологической зрелости и равновесности экосистемы.