1.3. Системный подход в экологии

Набор концепций, методов, решений принято называть «системным анализом» и правомерно использование его в экологии – науке, являющейся по существу также системной. Рассматриваемый нами предмет «Системная экология» формировался в последние несколько десятков лет как набор различных методов системного анализа, математической логики и дифференциальных уравнений, многомерной статистики, а также методов вычислительной математики и моделирования к анализу биологических систем различного уровня – от клеточно-организменного до экосистемного и биосферы в целом. Как научное направление «системная экология» еще окончательно не сформировалось и поэтому сюда относят все возможные методы исследования биологических систем и их динамики, а также исследования различных проблем и задач, возникающих при изучении биосистем, характеризующихся множеством переменных и параметров. Большой толчок к развитию этого направления дало появление современных быстродействующих компьютеров, позволяющих хранить и обрабатывать большой объем количественной и качественной информации.

Системный анализ включает несколько основных этапов:

    выбор проблемы;

    постановка задачи и ограничение ее сложности;

    установление иерархии целей и задач;

    выбор путей решения задачи;

    моделирование;

    оценка возможных стратегий;

    внедрение результатов.

Эффективное становление методологии системного подхода стало возможным только в середине 60-х годов 20 в. В это время в распоряжение экологов поступили мощные ЭВМ и были разработаны методы моделирования сложных динамических систем, главным образом в аэрокосмических и технических исследованиях, которые и получили название системного анализа. Первые работы в этой области были проведены Ляпуновым (1966, 1968), Винбергом, Анисимовым (1966), Полетаевым (1966), а в зарубежных исследованиях Уаттом (1966), Одумом (1967) и др.

С этого времени применение в экологии системного анализа все более расширялось, что сопровождалось не только усовершенствованием моделей и приемов моделирования, но чрезвычайно плодотворным обратным влиянием моделирования на стратегию и тактику экологических исследований и даже на методологические установки экологов. Успехи в моделировании и изучении экосистем, особенно в рамках Международной биологической программы, способствовали окончательному утверждению системной парадигмы, опирающейся на концепцию экосистемы, как основы современной экологии.

Итак, современная экология представляет собой учение об экосистемах, раскрывающее закономерности их состава, структуры, функционирования и эволюции. Однако такая трактовка содержания экологии все еще не стала общепризнанной. Таким образом, именно системная экология имеет в настоящее время смысл. Присоединяясь к Одуму (1975), можно сказать, что задача системной экологии состоит в описании принципов, упрощений и абстракций, к которым необходимо научиться сводить многообразие реального мира природы, прежде чем приступить к построению его математических моделей. В этом случае моделирование следует считать специфическим методом системной экологии, с помощью которого исследуются законы функционирования и развития экосистем во времени и пространстве.

Системный подход к решению проблем, в том числе и экологических, включает следующие этапы:

    отыскание возможных вариантов решения;

    определение последствий использования каждого из возможных вариантов решения;

    применение объективных критериев, которые указывают, является ли одно решение более предпочтительным, чем другие.

При этом не предполагается, что используемые способы выбора решений являются единственными.

Положения, которые необходимо учитывать при системном анализе:

     процесс принятия решения должен осуществляться таким образом, чтобы используемые способы выбора решения можно было оценить, улучшить или заменить;

     критерии оценки решения должны быть четко сформулированы;

     усилия, затраченные на выявление связей между причинами и следствием, должны быть оправданы лучшим пониманием проблемы.

При проведении системного анализа могут возникнуть некоторые трудности, связанные с сведением различных факторов к одному параметру. Описание системы с помощью многих переменных является векторным. Каждая компонента вектора будет меняться при замене одного возможного варианта на другой. Однако при выборе наиболее желательного решения (в данном случае желательность – единственный фактор) используется скалярное описание. Это означает, что необходимо совершить операцию, преобразующую вектор (а₁, а₂, а₃,…,а_n) в скаляр Z. Одной из задач системного анализа является четкое определение этой операции.

Экологические сообщества с их бесчисленными и порой едва уловимыми взаимодействиями между отдельными видами ресурсов, особями и популяциями чрезвычайны сложны по своей природе. Даже взаимодействие между хищником и жертвой (простейшая ситуация) является достаточно сложным: необходимо учитывать такие факторы, как степень голодания, поиск, преследование и новая функциональная реакция, пространственное и временное разделение и т.п.

Экологи создают модели сложных экосистем на ЭВМ на допущении разнообразных взаимодействий между компонентами этих систем. Используя фактический материал по влиянию каждого компонента экосистемы на остальные, они пытаются создать, по возможности, реалистические модели экосистем, чтобы можно было предсказывать их реакцию на те или иные воздействия. Поскольку в этом случае системный подход по сути дела является описательным и дедуктивным, сфера его приложений ограничена, т.к. нельзя предсказать точно поведение системы за пределами их состояний, которые имеются в исходных данных по взаимодействию между биотопами. Но, с другой стороны, это позволяет планировать дальнейшие исследования, акцентировать внимание на наиболее важных факторах и особенностях биосистемы.