Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов, или подмножеств, в более крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из «свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу.
Принцип эмерджентности
Рассматриваемый нами принцип эмерджентности можно выразить иным способом, суть принципа эмерджентности заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне; он должен быть изучен непосредственно.
Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем два примера, один из физики, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют водуг 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 этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов — эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества..
Фейблмен (Feibleman, 1954) считал, что при каждом объединении подмножеств в новое множество возникает по меньшей мере одно новое свойство. Солт (Salt, 1979) 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 рождении 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. Саймон (Simon, 1973) показал математически, что интегрированные иерархические системы быстрее возникают из составляющих их частей, чем не иерархические системы, имеющие такое же число элементов; они также более пластичны в отношении к нарушениям. Теоретически если разложить иерархическую систему на субсистемы разного уровня, то последние могут продолжать взаимодей-ствовать и снова организуются, достигая более высокого уровня сложности (Laszlo, 1972).
Саймон иллюстрирует эти концепции притчей о двух часовщиках. Один из них использует модульный подход, т. е. изготовляет стабильные блоки, из которых затем собирает часы; другой же?
Если работа обоих часто прерывается телефонными звонками, то второй часовщик, возвращаясь на рабочее место, не сразу может приступить к дальнейшей сборке, так как неорганизованные детали легко рас-сыпаются. Первый часовщик скорее закончит свои часы, потому что помехи (нарушения) не так сильно отбрасывают назад его дело.
Некоторые признаки, естественно, становятся более сложными и изменчивыми, когда по иерархии уровней организации (рис. 1.1) 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). По мнению Пэттена (Patten, 1978), идеальное изучение какого-либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: системы, подсистемы (соседний нижний уровень) и надсистемы (следующий верхний уровень). Более подробно о возникновении качественно новых свойств описано в работах Хенле (Henle, 1942), Бергманна (Bergmann, 1944), Лоури (Low-гу, 1974) и Эдсона и др. (Edson et al., 1981).
Каждый уровень биосистемы характеризуется собственными, присущими только ему свойствами, а кроме того, обладает суммой свойств входящих в него подсистем-компонентов. Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью экологов. Хотя философия науки всегда стремилась быть холистической, рассматривая явления в их целостности, в последние годы практика науки становится все более редукционистской, пытаясь понять явления путем детального анализа все более и более мелких ком-понентов. Ласло и Марджено (Laszlo, Margenau, 1962) считают, что в истории науки редукционистский и холистический способы мышления неоднократно сменяли друг друга (другие пары терминов для этих противоположных философских подходов — редукционизм—конструкционизм и атомизм—холизм). Вполне возмож-но, что здесь, если можно так сказать, вступает в силу «закон уменьшающейся отдачи», так как интенсификация исследований в каком-либо одном из этих направлений неизбежно приводит затем к переключению на другое направление.
Редукционистский подход, преобладавший в науке и технике хо времен Исаака Ньютона, дал много полезного. Так, исследования на клеточном и молекулярном уровнях создают прочную .основу для решения в будущем проблем на организменном уровне, например проблем терапии и профилактики рака. Однако, проводя исследования только на клеточном уровне, мы не получим ответов на вопросы, связанные с благополучием или сохранением цивилизации; для этого необходимо понять высшие уровни организации, чтобы найти решения таких проблем, как из лишний рост народонаселения, социальные беспорядки, загрязнение среды и другие формы «рака» общества и окружающей среды. И холистический, и редукционистский подходы следует использовать в равной мере, не противопоставляя их друг ДРУГУ. Новая наука — экология — стремится к синтезу, а не к разделению. По-видимому, возрождение холистического подхода по крайней мере частично связано с неприязнью общества к ученому— узкому специалисту, который не может переключаться на решение крупномасштабных проблем, требующих неотложного рассмотрения. Эта точка зрения хорошо изложена в эссе историка Линн Уайт (White, 1980). В соответствии со сказанным выше мы будем обсуждать принципы экологии на уровне экосистемы, уделяя в то же время достаточно внимания таким подсистемам, как организм, популяция и сообщество, и такой надсистеме, как биосфера. Такова философская основа организации глав настоящей книги.
К счастью, в последнее десятилетие успехи техники позволили на количественном уровне изучать большие сложные системы, такие, как экосистемы. Метод меченых атомов, новые физико-хи-мические методы (спектрометрия, колориметрия, хроматография), дистанционные методы зондирования, автоматический мониторинг, математическое моделирование, компьютерная техника послужили необходимыми для этого инструментами. Техника, разумеется, обоюдоострое оружие: она может быть как средством изучения целостности человека и природы, так и средством уничтожения того и другого.
|
