Методологічні основи сучасної екології

Екологічні закони. Сучасна екологія, як і інтегральна наука, базується на діалектичних, загальнонаукових, кібернетичних, біологічних, геологічних, географічних та фізико-хімічних законах. Як вважають В.М. Бровдій і 0.0. Гаца [11], всі екологічні закони необхідно класифікувати за функціональними ознаками, а саме, виділити серед них енергетичні, системні (системотвірні), біофізіологічні, геобіохімічні, геофізичні і соціально-економічні. У роботі Ю. Одума [3] їх нараховується 66, в словнику Т.ґ. Дедю [12] 58 законів, 40 правил і 36 принципів, в словнику-довіднику М.Ф. Реймерса [1] 70 законів, 28 правил і 27 принципів, а загальне число різних законів, правил, принципів, аксіом складає близько 250. У відповідних розділах цієї роботи будуть розглядатися деякі гіпотези, закони, правила і принципи, які є теоретичною основою сучасної екології. Наприклад, суть гіпотези Геї зводиться до біологічної регуляції геохімічного середовища. Закон біогенної міграції атомів - жива речовина бере пряму або непряму участь в геохімічних процесах в межах БС (без осмислення цього закону важко було б дослідити біогеохімічні кругообіги); закон генетичної різноманітності - асе живе генетичне різноманітне і має стійку тенденцію до збільшення біологічної різноманітності; закон константності Вєрнадського - кількість живої речовини за певний геологічний час існування БС є величина постійна; закон піраміди енергії (або правило ]0%) - з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інші рівні не більше 10% енергії (цей закон дає змогу обчислювати необхідні земельні площі для забезпечення населення продуктами харчування);

закон незворотності еволюції (Л. Долло) - організм (популяція, вид) не може повернутися до попереднього стану, тобто до стану, у якому перебували його предки; закон мінімуму - стійкість організму визначається найбільш слабкою ланкою в ланцюгу його екологічних потреб; закон толерантності - лімітуючим фактором функціонування організму може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначають міра толерантності до даного фактора. Правило 1% - зміна енергетики природних систем в межах 1% виводить їх із сталого стану. Принцип Реді - живе походить тільки від живого; принцип сукцесійного заміщення — біотичні співтовариства формують закономірний ряд екосистем, який веде до найбільш стійкої в даних умовах ПС.

Широко відомі закони Б. Коммонера: 1) все пов'язане зі всім; 2) все повинно кудись подітися; 3) природа знає краще; 4) ніщо не дається задарма або за все доводиться платити. До коммонеровських законів екології звичайно додають ще одне положення про необхідність об'єктивної і правдивої інформації про екологічну ситуацію у різних регіонах («правда очищує»). Екологічна інформованість громадян та залучення їх до процесу прийняття владних рішень сприяє формуванню та розвитку громадянського суспільства в країні.

Екологічні дослідження вимагають систематичного дотримання чотирьох послідовних етапів [7]:

- спостереження;

- формулювання на основі спостережень теорії про закономірність досліджуваного явища;

- перевірка теорії наступними спостереженнями й експериментами;

- спостереження за тим, чи правдиві передбачення, основані на цій теорії.

Методологічною основою екології як науки про екосистеми (ЕС) е системний підхід. Системний підхід - це методологічний напрям в науці, основна мета якого зводиться до розробки методів досліджень і конструювання складно організованих об'єктів - систем різних типів і класів. Нараховується 30-40 визначень «система»: система - сукупність елементів, які знаходяться у відношеннях і зв'язках між собою і утворюють цілісну єдність; система - це впорядковано взаємодіючі і взаємопов'язані компоненти, що утворюють єдине ціле; комплекс взаємодіючих компонентів, або сукупність елементів, які знаходяться у певних взаємовідношеннях з середовищем і т. ін. Як визначає А.Д. Урсул (1988), система - це обмежена чисельність взаємодіючих елементів, які утворюють цілісну єдність. Наприклад, угруповання дерев (гай) - надсистема, дерево - система, лист - підсистема. На кожному рангу у системи є тільки одна функція. Функції рангів не збігаються між собою. Функцію системи визначають її надсистеми.. ЕС - складні ієрархічні структури, в яких при об'єднанні компонентів в більші функціональні одиниці виникають нові якості, відсутні на попередньому рівні (емереджентні властивості). Виходячи з принципу емерджентності, для вивчення цілого не обов'язково знати всі його компоненти. Такий метод вивчення системи (система є «чорним ящиком») називають холістичним. «Чорний ящик» (black box) - означає, що невідомі внутрішні закономірності; відомо тільки, що на «вході» і «виході», але це дозволяє вносити зміни у систему, а значить і управляти системою (наприклад, з позицій кібернетики БС, які її складові - ЕС, описується як «чорний ящик»). «Білий ящик» (White box) - це система, яка складається із певних компонентів, зв'язаних певним чином і перетворюючих сигнали за певними алгоритмами і законами. Крім того, часто застосовують і редукційний метод, тобто аналіз частини цілого. Ідеальне вивчення тричленної ієрархії: системи, підсистеми і надсистеми. При вивченні ЕС використовують польові спостереження, експерименти в полі і лабораторних умовах, методи моделювання. Уявлення, які складаються щодо будь-яких систем називаються моделями.

Ієрархічний підхід (Ієрархія - розташування ступінчастим рядом). Ген —> органела —> клітина -> тканина —> орган —> організм -> популяція —> угруповання - це головні рівні організації життя; вони розміщені в ієрархічному порядку - від малих біосистем до великих. Отже, екологія досліджує явища, які займають шість рівнів організації живої природи: організму, виду, популяції, біоценозу, біогеоценозу, біосфери. Вивчаючи особину конкретного виду, ми досліджуємо, по суті, організм. Популяція - угруповання особин, які належать до одного виду і заселяють спільну територію (акваторію). Біоценоз - сукупність популяції (угруповань) рослин, тварин і мікроорганізмів, які заселяють дану ділянку суші або водного об'єкту. Біоценоз є найвищим щаблем організації живої природи, а біогеоценоз та біосфера - це системні поняття [7].

Як вважає Ю. Одум [З], зміст сучасної екології краще усього визначати з концепції рівнів організації, які складають своєрідний

«біологічний спектр». Якщо розташувати основні рівні (шаблі) організації життя в ієрархічному порядку, то на кожному рівні організації (ступені), внаслідок взаємодії з фізичним середовищем (енергією і речовиною), виникають характерні функціональні системи: біотичні компоненти (гени —> клітини —> органи —> організми —> популяції —> угруповання Ф абіотичні компоненти (речовини, енергія) = біотичні системи (відповідно — генетична система —> клітинна система —> система органів —> система організмів —> популяційна система —> система угруповань або екосистема).

Основними ланками екологічної структурної ієрархії є організми, популяції та угруповання (біоценози). Як вже зазначалось вище, екологія вивчає головним чином біосистеми надорганізменного рівня, тобто популяційні системи й системи угруповань (ЕС), розташовані в правій частині «біологічного спектра». Однак кожний рівень у «біологічному спектрі» взаємопов'язаний з іншими рівнями; тут не можна знайти різких меж. Їх немає між організмами і популяцією (групою особинданого виду організму).

Принцип емерджентності. Емерджетність - наявність у системного цілого особливих властивостей, не притаманних його підсистемам і блокам, а також сумі елементів, які не об'єднані системотвірними зв'язками. Стисле античне визначення: ціле більше за суму його частин. Важливе слідство ієрархічної організації життя полягає в тому, що в міру об'єднання компонентів в більш великі функціональні одиниці у цих нових одиниць виникають властивості, відсутні на попередньому рівні організації. Такі якісно нові, емерджентні, властивості екологічного рівня не можна передбачити, виходячи з властивостей компонентів, тих, що складають цей рівень або одиницю. Цей принцип Ю. Одум [3] розглядає, виходячи з поняття про властивості, що наводяться, суть якого полягає в тому, що властивості цілого неможливо звести до суми властивостей його частин.

Методи прогнозу в екології. В екології використовують три основні групи методів: 1) польові спостереження; 2) експериментальні дослідження в полі і лабораторних умовах; 3) моделювання. Техніка обробки інформації залежить від методики досліджень; частину інформації можна опрацьовувати безпосередньо на об'єкті досліджень, але основну -в камеральних умовах (звичайно за допомогою ПЕОМ) [7].

За даними різних авторів нараховується від 100 до 250 методів прогнозу стану природного середовища, які можна об'єднати в три основних методи: 1) експертної оцінки; 2) екстраполяції;

3) моделювання [ІЗ].

Метод експертної оцінки. Суть методу в сучасному розумінні зводиться до спеціалізованих експертних оцінок і обробки анкет. Використовується в тому випадку, коли об'єкти прогнозу не піддаються формалізації повністю або частково. В основі методу лежить система отримання і обробки інформації шляхом цілеспрямованого опитування експертів у вузькій області науки, техніки і виробництв. За допомогою методів експертної оцінки можна підвищити надійність прогнозів, отриманих за допомогою інших методів. Екологічна експертиза являє собою систему державних природоохоронних заходів, направлених на перевірку відповідності проектів, планів і заходів в області господарського будівництва і використання природних ресурсів вимогам захисту довкілля.

Метод екстраполяції. Екстраполяція - перенесення даних, отриманих в одній точці, на аналогічні площі більшого або меншого розміру, або обчислення подальшого ряду значень якоїсь властивості, виходячи з характеру кривої її попередньої зміни (продовження відомого ряду на майбутній відрізок часу або на невідомий ще, але передбачуваний аналогічним простір). Інколи до екстраполяції відносять пошук проміжних значень якої-небудь властивості між відомими його значеннями (інтерполяція). Метод екстраполяції використовується вибірково для короткострокових прогнозів. Застосовується в тому випадку, якщо розвиток процесів за значний період часу йде рівномірно без значних стрибків. Метод широко використовується при дослідженнях в області моніторингу НС і т.д.

Метод моделювання. Моделювання - метод дослідження складних об'єктів, явищ і процесів шляхом їхнього спрощеного імітування (натурного, математичного, логічного) [4]; ґрунтується на теорії подоби. Моделювання процесів поширення домішок в НС повинно використовувати загальні закони природи, яким надається форма, що відповідає специфічним особливостям досліджуваного явища. Відомо, що спрощені версії реального світу називаються моделями. У моделях знаходять відображення найістотніші, найважливіші властивості та функції іноді складного і різноманітного процесу і об'єкту. Більш широко в екології використовують абстрактні моделі, які у залежності від апарату дослідження підрозділяють на: 1) вербальні моделі - це суто словесні описи елементів та процесів екосистем; 2) графічні моделі - схематичні зображення компонентів системи та зв'язків між ними; 3) математичні моделі, які описують ЕС у вигляді математичних виразів. Таким чином модель є: 1) фізична (матеріально-натурна) чи знакова (математична, логічна) звичайно спрощена подоба реального об'єкта, явища чи процесу; 2) зменшена подоба реального об'єкту: діюча модель чи тільки імітуюча форма чого-небудь, макет; 3) схема, зображення чи опис якого-небудь явища чи процесу в природі і суспільстві.

Навіть, якщо модель лише вельми умовно відповідає реальному процесу або об'єкту, вона дуже корисна на ранніх стадіях розробки, оскільки модель виділяє ключові компоненти і взаємодії, що заслуговують на особливу увагу.

Питання для самоконтролю

1. Що таке сучасна екологія?

2. Назвіть основні структурні розділи сучасної екології?

3. Що являє собою „навколишнє середовище"?

4. Яка різниця між поняттями "екологія", "енвайронментологія" та "природокористування"?

5. Які задачі сучасної екології?

6. Які основні етапи у розвитку екології як науки?

7. Назвіть основні екологічні закони.

8. В чому полягають закони Б. Коммонера?

9. У чому суть системного підходу?

10.У чому полягає холістичний метод вивчення системи?

11.У чому суть ієрархічного підходу?

12. У чому суть принципу емерджентності?

13.Які основні методи прогнозу використовуються в екології?

14.В чому суть методу експертної оцінки?

15. В чому суть методів екстраполяції та моделювання?