Лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из концепции уровней организации жизни, которые составляют своеобразный «биологический спектр», как это показано на рис. 1.
Биологические Гены Клетки Органы Организмы Популяции Сообщества
компоненты ↕ ↕ ↕ ↕ ↕ ↕ +
Абиотические Вещество ======================== Энергия
компоненты = = = = = = =
Биосистемы Генетические Клеточные Системы Системы Популяционные Экосистемы
системы системы органов организмов системы
Рис. 1. Спектр уровней организации.
Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген - основные уровни организации жизни; на рис. 1. они расположены в иерархическом порядке - от крупных систем к малым (иерархия - это расположение ступенчатым рядом). На каждой ступени, или уровне, в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой мы будем подразумевать упорядочено взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.
Экология изучает главным образом те системы, которые расположены в правой части биологического спектра, т. е. системы выше уровня организма.
Популяция – группа особей любого вида организмов.
Сообщество (иногда называемое еще биотическим сообществом) включает все популяции, занимающие данный участок. Сообщество и неживая среда функционируя совместно, образует экологическую систему, или экосистему. Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз и биогеоценоз.
Биом – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне. Он является крупной единицей классификации экосистем. Эта классификация основана на типе растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта. Биомы наземных экосистем выделяются по преобладающей жизненной форме растений и совпадают с природными зонами. Биомы водных экосистем выделяются по особенностям условий среды, которые определяют состав экосистем. Например биом лиственных лесов умеренного пояса.
Деление ступенчатого ряда, или иерархии, на компоненты во многих случаях искусственно. Например, системы “хозяин-паразит” или двухвидовая система «лишайник»(водоросль + гриб + зотобактер) представляют собой промежуточные уровни между популяцией и сообществом. Так как каждый уровень в спектре биосистемы «интегрирован», т. е. взаимосвязан с другими уровнями, здесь нет резких границ или разрывов в функциональном смысле. Их нет даже между организмом и популяцией. Например, организм, изолированный от популяции, не в состоянии жить долго, точно так же, как изолированный орган не может длительное время сохраняться как самоподдерживающаяся единица без своего организма. Подобным образом сообщество не может существовать, если в нем не происходит круговорот веществ и в него не поступает энергия.
Принцип эмерджентности.
Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов в более «крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих эту единицу. Иными словами, свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей.
Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем два примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием нужных элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.
Фейблмен считал, что при каждом объединении подмножеств в новое множество возникает по меньшей мере одно новое свойство. Солт предлагает различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие - свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств.
Некоторые признаки, естественно, становятся более сложными и изменчивыми, когда по иерархии уровней организации (рис. 1.) продвигаешься слева направо, другие же, напротив, часто становятся менее сложными и менее изменчивыми. Поскольку на всех уровнях функционируют гомеостатические механизмы, а именно корректирующие и уравновешивающие процессы, действующие и противодействующие силы, амплитуда колебаний имеет тенденцию уменьшаться, когда мы переходим к рассмотрению более мелких единиц, функционирующих внутри крупных. Статистически разброс значений целого меньше суммы разброса частей. Например, интенсивность фотосинтеза лесного сообщества менее изменчива, чем интенсивность фотосинтеза у отдельных листьев или деревьев внутри сообщества; объясняется это тем, что если в одной части интенсивность фотосинтеза снижается, то в другой возможно его компенсаторное усиление. Если учесть эмерджентные свойства и усиление гомеостаза на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не обязательно знать все его компоненты. Это важный момент, поскольку некоторые исследователи считают, что не имеет смысла пытаться изучать сложные популяции и сообщества, не изучив досконально составляющие его более мелкие единицы. Напротив, изучение можно начать с любой точки спектра при условии, что учитывается не только изучаемый, но и соседние уровни, поскольку, как уже было сказано, некоторые свойства целого можно предсказать, исходя из свойств его частей (совокупные свойства), другие же нельзя (эмерджентные свойства).
Идеальное изучение какого-либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: системы, подсистемы (соседний низший уровень) и надсистемы (следующий верхний уровень).