Методические указания для студентов специальности «Биоэкология» Печатается в авторской редакции в соответствии с представленным оригинал-макетом (стр. 4 из 10)

ПРАВИЛО ОДНОГО ПРОЦЕНТА В.Г. Горшкова (1985) - изменение энергетики природной системы на 1%, как правило, выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния.

ПРИНЦИП МАКСИМИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ Лотки-Одума-Пинкертона - в «соперничестве» с другими экологическими объектами выживают (сохраняются) те из них, которые наилучшим образом способствуют поступлению энергии и используют максимальное ее количество наиболее эффективным способом. 6. Элементы биоэнергетики экосистем

Особая роль растительности в общей структуре живой природы связана с основной функцией растительного покрова нашей планеты - аккумуляцией и превращением солнечной энергии в энергию химических связей органического вещества с последующей передачей ее тем компонентам экосистемы, которые не в состоянии самостоятельно фиксировать энергию Солнца.

Установлено, что к верхним слоям атмосферы Земли от Солнца приходят 1,94 кал/см² в минуту, из которых биосферы достигает только около 0,9 кал/см²/мин, а поверхности Земли - менее 0,3 кал/скг/мин. В средних широтах каждый гектар поверхности планеты получает 9-10 кал/год. Однако верхний предел фиксации солнечной энергии растительность составляет всего 5 % от посылаемой Солнцем энергии.

Энергия в экосистеме на примере смешанного леса представлена на рисунке 8.

Рис. 8. Энергия в экосистеме на примере смешанного леса

Всякий источник энергии, уменьшающий затраты на самоподдержание экосистемы и увеличивающий ту долю энергии, которая может перейти в продукцию, называется вспомогательным потоком энергии, или энергетической субсидией.

Фактор, который при одних условиях среды или при одном уровне поступлений увеличивает продуктивность, при других условиях среды или другом уровне поступлений может способствовать утечкам энергии, уменьшая продуктивность (рисунок 9).

Обобщенная кривая, показывающая, как увеличенное поступление энергии или веще-

Рис. 9. Кривые субсидии и стресса ^{стваможет} вывести систему из

диапазона обычного функционирования (N). Если система может использовать этот излишек, то ее основные функции, например продуктивность, при умеренных уровнях повышения притока могут усилиться (эффект субсидии— Sub), но при дальнейшем увеличении притока эти функции начинают подавляться (эффект стресса — St). Если поступают ядовитые вещества, функции подавляются и высока вероятность того, что сообщество заменится другим, более толерантным, или экосистема вообще погибнет. R — замещение, L — гибель.

7. Концепция продуктивности

Одна из наиболее важных характеристик биоэнергетики фитоценозов - скорость фиксации и накопления органического вещества, характеризующая продуктивность растительных сообществ.

Первичная продуктивность экологической системы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами-продуцентами в процессе фото- и хемосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ. В процессе производства органического вещества выделяют четыре последовательных уровня:

1. Валовая первичная продуктивность (валовый фотосинтез, общая ассимиляция) — это общая скорость фотосинтеза, включая те органические вещества, которые за время измерений были израсходованы на дыхание.

2. Чистая первичная продуктивность (наблюдаемый фотосинтез, чистая ассимиляция) — скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом того органического вещества, которое использовалось при дыхании растений за изучаемый период.

3. Чистая продуктивность сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами за учетный период (за вегетационный период, год).

4. Вторичная продуктивность - скорость накопления энергии на уровнях консу-ментов.

? Вопросы к семинару ?

1) Законы термодинамики в применение к природным (биосистемам, антропогенным) системам.

2) Свойства закрытых и открытых систем. Принцип неравновесной термодинамики Пригожина-Онсагера.

3) Элементы биоэнергетики экосистем. Концепция продуктивности.

4) Основные экологические законы, связанные с энергетическими потоками биосферы: постулат максимума биогенной энергии, законы экологических пирамид, правило десяти процентов, правило одного процента, принцип максимизации энергии.

5) Концепция энергетической субсидии.

8. Концепция информации

Понятие «информация» невозможно вывести из представлений, относящихся к миру вещей, информация - не материя и не энергия. Безуспешными оказались и попытки рассматривать информацию как третью ипостась материи, наряду с массой и энергией: такая точка зрения неизбежно приводит к выводу о «всюдности» информации, весьма быстро приобретающему мистическую окраску. Поэтому определение информации через описание форм ее проявления и ее свойств представл»лея вполне правомочным. Формой проявления информации является оператор - необходимый компонент целенаправленного действия. Информация - совокупность приемов, правил или сведений, необходимых для построения оператора.

Прием, создание, хранение, передачу и использование информации называют элементарными информационными актами, а осуществление всей совокупности таких актов - информационным процессом. Совокупность механизмов, обеспечивающих полное осуществление информационного процесса, называют информационной системой. Формально информационные системы можно подразделить на закрытые, способные только создавать, хранить и использовать свою информацию, и открытые, способные также ее воспринимать и передавать. Вне информационной системы информация может лишь сохраняться в виде записей на тех или иных физических, носителях, но не может быть ни принятой, ни переданной, ни использованной.

Первой ставшей нам известной информационной системой был человек. Специфическую для человека информацию, которой обмениваются люди при помощи устной

и письменной речи, обычно называют знанием (логическая информация).

Информацией называют также те сведения, которыми обмениваются между собой животные и которые, будучи восприняты, существенно влияют на их поведение. Это - поведенческая информация. Информационными системами, оперирующими с такой информацией, являются все многоклеточные животные, включая человека, и некоторые одноклеточные.

Третий известный нам вид информации - генетическая - записана в нуклеиновых кислотах клеток последовательностью оснований и определяет фенотипические особенности всех без исключения живых существ. Специфическими для этой информации системами являются все негенетические компоненты живых организмов.

Можно утверждать, что вне живой природы информации не существует.

Понятие «информация» несет в себе два оттенка. Во-первых, количественный аспект, игнорирующий смысл и значение сообщения. Предполагается, что различия сообщений связаны только с расположением символов в них и это расположение должно сохраниться при передаче информации. Этим аспектом занимается теория информации, основоположниками которой являются В.А. Котельников и К. Шеннон. Во-вторых, это смысловая оценка сообщения или, как его иногда называют семантический аспект информации (развитие этого направления связано с именами Р. Карнапа и И. Бар-Хиллела).

Свойства информации:

- Фиксируемость. Информация может существовать только в зафиксированном состоянии. Можно полагать, что способов записи информации может существовать столько, сколько может быть способов ее считывания. Для фиксации информации можно использовать не менее двух различных знаков или букв.

- Инвариантность информации означает, что одна и та же информация, независимо от ее семантики, может быть «записана» на любом языке, любым алфавитом, т.е. системой знаков, наносимых любыми способами на любые носители.

- Бренность информации. Поскольку информация всегда зафиксирована на каком-либо физическом носителе, постольку сохранность и само существование информации целиком и полностью определяется судьбой ее носителя. Условием неограниченно-длительного существования информации из-за её бренности является только периодическая ее репликация или, точнее, требование, чтобы скорость репликации была больше скорости ее деградации.

- Транслируемость - возможность быть переданной с одного носителя на другой, такой же или иной физической природы, в той же или иной системе записи.

- Когда скорость транслируемое™ превосходит скорость разрушения и гибели информации, это приводит к ее размножаемости. Следствием размножения информации является ее мультипликативность, т.е. возможность одновременного существования одной и той же информации в виде некоторого числа идентичных копий на одинаковых или разных носителях.

- Изменяемость. Деформируемость физических носителей, а также ошибки при трансляции могут приводить не только к гибели информации, но и к ее изменениям.

- Действенность информации может выявляться лишь в адекватной ей информационной системе, - вне таковой любая информация абсолютно пассивна.

- Семантика информации может проявляться лишь одним путем - в специфике кодируемого ею оператора. Возможность быть использованной - в ее материализованном виде, т.е. в качестве оператора, - для достижения той или иной цели обусловливает

ценность информации.

- Полипотентность - любой оператор может быть использован для достижения разных целей. Из свойства полипотентности следует, что для чего-нибудь полезной может оказаться любая информация.