Екосистемологія Чому потрібна Теорія Екосистем? Люди завжди діяли у напрямку вивчення структур в їх розвитку і намагалися отримані результати перетворити на теорію. Наука не має сенсу без теорії. Без теорії наші спостереження стають тільки прекрасною колекцією вражень, які не можуть бути пояснені і не будуть застосовані, щоб вирішити проблеми людства. Без теорії спостереження схожі на колекціонування марок. Озброєні теорією, ми можемо зробити прогнози і нам не треба спостерігати усі деталі, але можемо щонайменше частково припускати про характер розвитку. Екологія охоплює тривалий час, але тільки частково може ущільнити систематичну колекцію спостережень і знання екосистем в тестованих законах і принципах. Екологічна теорія зараз доступна як інструмент в екології завдяки вкладу системних екологів впродовж останніх десятиліть. Інтеграція усіх цих ідей формує теорію екосистем. Вона була важкою і тривалою, щоб сконструювати теоретичну основу системної екології, через величезну складність екосистем, але природа не була створена, щоб бути доступною для розуміння людьми. Було необхідно порвати з тривалою редукціоністською традицією в науці і перейти до використання термодинаміки для створення нового цілісного підходу для розуміння екосистем. Це нині багато учених розглядають як найбільший виклик науки 21 століття - поєднати багатьох спостережень в складну систему цілісної картини. Модуль 1. Організація екосистем Модуль 2. Функціонування екосистем Модуль 3. Еволюція екосистем Теми лекцій: 1. Організація біологічних систем – Структура екосистем і їх різновиди – Матеріально-енергетичні перетворення в екосистемах. Біологічна продуктивність – Динаміка і еволюція екосистем. Сукцесії – Стійкість екосистем – Моделювання в екосистемах – Оцінка стану екосистем – 2. ІНДЗ Описати структуру екосистеми (видове різноманіття, просторову структуру, трофічні звязки) _________(за вибором). Скласти сукцесійну серію після впливу на екосистему _________чинника (за вибором). Описати структуру та біорізноманіття екотону ___________(за вибором). Оцінити екотоксикологічне навантаження на екосистему __________(за вибором). Оцінити екологічні ризики та запропонувати заходи з охорони екосистеми _____________(за вибором).

Основна мета - формування поняття про структурно- функціональну організацію природи як самоорганізуючу, інфваріантну, флуктуаційну та термодинамічну систему. Деякі сучасні методологічні підходи описання біологічних систем

При вивченні теми необхідно набуття таких компетентностей: 1. Природа як інваріантна система. 2. Флуктуація як основа розвитку біологічних систем. 3. Термодинамічні принципи функціонування біологічних систем.

1.Голубець М.А. Екосистемологія. – Львів: Поллі, – 316 с. 2.Пригожин И.,Стенгерс И. Порядок из хаоса: новый диалог с природой. М.:Прогресс, – 432 с. 3.Урманцев Ю.А. Общая теория систем: состояния, приложения и перспективы развития / Система. Симметрия. Гармония. Под ред. В.С. Тюхтина, Ю.А. Урманцева. – М.: Мысль, – С Додаткова 1.Гнатів С.П., Хірівський П.Р. Теорія систем і системний аналіз в екології. – Львів : Камула, – 204 с. 2.Грубінко В. В. Концепція шкодочинності в екології / В. В. Грубінко, В. П. Гандзюра. – Київ-Тернопіль : Вид-во ТНПУ ім. Володимира Гнатюка, – 144 с. 3.Грубінко В. В. Принципи описання стану біо-, еко- систем / В. В. Грубінко // Наук. запис. Терноп. нац. пед. ун–ту ім. Володимира Гнатюка. Сер. Біол. Спец. випуск Гідроекологія Спец. випуск Гідроекологія. – – 2(43). – С. 123– Князева Е.Н. Синергетика как новое мировидение: диалог с И. Пригожиным / Е.Н. Князева, С.Н. Курдюмов // Вопросы философии. – – 12. – С. 3–20. 5.Уголев А. М. Принципы организации и эволюции биологических систем // Журн. эвол. биох. и физиол. – – Т.25, 2. – С

Основні системи всесвіту 1 1 Бровдій В.М., Гаца О.О. Системоутворюючі закони екології.- К.:НПУ ім. М.П. Драгоманова, с.

Критерії систем 1. Наявність системоутворюючого фактора. 2. Структурно-функціональна цілісність (феноменологічні та динамічна функціональність – континуальність та дискретність). 3. Упорядкована (організована) взаємодія (дисипативність). 4. Функціональна ієрархічність (S> S 1 +S 2 +S 3 + …S n). 5. Самопідтримання, самоаналіз, саморегуляція. Неживі системи Вхідний сигнал Еферентна реакція Рецепція Аналіз Еферентація Структура і критерії систем Структура Функція Самоорганізація Самовідтворення (ріст, розмноження, розвиток)

ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМ 1. Повязані з цілями і функціями Синергічність однонаправленість (або цілеспрямованість) дій компонентів підсилює ефективність функціонування системи. Пріоритет інтересів системи ширшого (глобального) рівня перед інтересами її компонентів. Емерджентність цілі (функції) компонентів системи не завжди збігаються з цілями (функціями) системи. (Емерджентність (англ. emergence виникнення, поява нового) в теорії систем наявність у якої-небудь системи особливих властивостей, не властивих її підсистемам і блокам, а також сумі елементів, не звязаних особливими системоутворюючими звязками. Іншими словами, Емерджентність це незведення властивостей системи до суми властивостей її компонент. У біології і екології поняття емерджентності можна виразити так: одне дерево не ліс, скупчення окремих клітин не організм. Наприклад, властивості біологічного виду або популяції не є властивістю окремих особин, поняттям, непридатні до окремої особини, але застосовні до популяції або виду в цілому.мерджентністьангл.теорії систембіологіїекологіївидупопуляції Мультиплікатівність і позитивні, і негативні ефекти функціонування компонентів в системі володіють властивістю множення, а не складання. Цілеспрямованість(цілепокладання). Альтернативність шляхів функціонування і розвитку.

2. Повязані з структурою Цілісність первинність цілого по відношенню до частин. Неаддитивність принципова незводимість властивостей системи до суми властивостей складових її компонентів. Декомпозиція – це закріплення цілей, завдань, критеріїв їх досягнення і відповідних числових показників за структурними елементами організації різного ієрархічного рівня. Ієрархічність кожен компонент системи може розглядатися як система (підсистема) ширшої глобальної системи. 3. Повязані з ресурсами і особливостями взаємодії з середовищем Комунікативність існування складної системи комунікацій з середовищем у вигляді ієрархії. Взаємодія і взаємозалежність системи і зовнішнього середовища. Адаптивність прагнення до стану стійкої рівноваги, яка передбачає адаптацію параметрів системи до параметрів зовнішнього середовища, що змінюються (проте «нестійкість» не у всіх випадках є дисфункціональною для системи, вона може виступати і як умова динамічного розвитку). Надійність функціонування системи при виході з ладу однієї з її компонент, збереження проектних значень параметрів системи протягом запланованого періоду. Інші Інтегратівність наявність системоутворюючих, системозберігаючих факторів. Еквіфінальность здатність системи досягати станів, незалежних від вихідних умов і таких, що визначаються тільки параметрами системи. Спадковість. РозвитокРозвиток. Під розвитком зазвичай розуміють: збільшення складності якої-небудь системи; поліпшення пристосованості до зовнішніх умов (наприклад, розвиток організму);організм збільшення масштабів явища (наприклад, розвиток шкідливої звички, стихійного лиха); кількісне зростання обєкту і якісне поліпшення його структури; соціальний прогрес.прогрес ПорядокПорядок. СамоорганізаціяСамоорганізація.

Системне уявлення про організацію природи Лінійна система Системи органів Органи Тканини Клітини Субкл. с.-ри Надмол. к-си Молекули Організм Надорганізмовий рівень Біосфера Біом Екосистема Біоценоз Популяція Організми Принцип включення Елемент: 1-го; 2-го, 3-го, 4-го, 5-го, ….. і-го порядку

Структура клітини

Схема структури біоценозу в просторі біотопу Атмосфера (кліматоп) Тварини (зооценоз) Грунт, підгрунтя, вода (едафотоп) Рослини (фітоценоз) Мікроорганізми (мікробоценоз) Біоценоз Екотоп

Функціональна структура біоценозу Гетеротрофи (метаболізм) Автотрофи (біосинтез) Екотоп Біоценоз Потік мінеральних речовин та енергії Оліготрофи (мінералізація) Продуценти Консументи Редуценти

екосистема біоценоз біосфера популяція Включеність надорганізмових систем

Методології ставлення людини до природного середовища антропоцентризм біоцентризмекоцентризм

Діалектика континуальності та дискретності с Д 1 Д 2 Д 3 Д 4 К 1-2 К 2-3 К 3-4

Реакція біологічної системи t, час Дія фактору F 1 F 2 F 3 F 4 F 1F 2F 3F 4<>< первинна відповідь пригнічення адаптація Динаміка біологічного процесу Елімінація (F 0 = 0 ) флуктуація > 0

Потік енергії Рівноважна термодинаміка розглядає початковий і кінцевий стан системи, а спрямування процесу визначає за різницею параметрів системи у цих станах – ΔT, Δ G, ΔS. Потік кількісно оцінюють за зміною величини показника енергії (Q) в одиниці обєму (V) за певний час (t). Швидкість зростання показника – різниця між швидкістю надходження і швидкістю відтоку: Нерівноважна термодинаміка розглядає швидкість переходу енергії з плином часу, властивості та характеристики потоку енергії. Тому вона оперує поняттям потік – потік речовин, енергії, ентропії. σ - ентропія формоутворення ( фіксована внутрішня енергія)

Фіксація енергії при формоутворенні на рівні молекул, клітин і організму

Гетерогенність (різноманіття генетичне, молекулярне, видове, функціональне і ін. як наслідок диференціації ) продуктивність Еквіфінальність (благополуччя) (просторово - часовий функціональний гомеостаз і еволюційна доцільність) Стійкість як функція ентропії формоутворення

Йти на наступну лекцію, чи не йти?

І НА ЛЕКЦІЮ НЕ ПІШЛИ!