Новое в понимании функционирования и динамики водных экосистем Н. В. Шадрин

Революция в мировоззрении естествознания (20 век)

Идеалы естествознания 19 века Строгий детерминизм – одна причина – одно следствие; Однозначность толкования, понимания, объяснения; Абсолютная точность.

Нильс Бор (1885–1962 ) Нобелевская премия –1922 Принцип дополнительности – необходимость взаимоисключающих описаний систем

Вернер Карл Гейзенберг ( ), Нобелевская премия Принцип неопределённости - предел точности одновременного определения пары характеризующих квантовую систему физических наблюдаемых. Играет важную роль на всех уровнях организации материи. Степень неопределенности возрастает с увеличением сложности системы, временных и пространственных ее масштабов.

Революция в идеологии естествознания/естественных наук От строгого детерминизма к вероятностной картине мира, где нет однозначности, абсолютной точности…

Дополнительность подходов/описаний в экологии Нет лучшего универсального подхода, способного дать целостное понимание различных аспектов особи, популяции, сообщества, экосистемы; Каждый подход имеет достоинства, ограничения и область эффективного применения.

Сообщество/экосистема как взаимодействие: Трофических уровней, Популяций, Консорций.

Ресурсы: Вещество; Энергия; Пространство; Время; Разнообразие/информация.

Балансовые подходы. Балансово-энергетический подход. Говоря о балансово-энергетическом подходе, не следует забывать, что он является лишь последовательным применением в экологии 1 и 2 принципов термодинамики. Следовательно, бессмысленно от него требовать более того, что дает использование термодинамики при исследованиях в физике. Законы термодинамики лишь очерчивают области возможного в протекании тех или иных процессов.

Современная гидробиология сейчас, в основном, базируется на концепции, которую можно назвать Концепцией устойчивой квазистационарной экосистемы (КУКСЭ), динамика которой в общих чертах может быть понята в рамках балансовых подходов. Однако, реальные сообщества организмов в различных экосистемах могут иметь несколько альтернативных устойчивых состояний даже при одних и тех же параметрах внешней среды. Идет формирование новой концепции: Концепция альтернативных устойчивых состояний экосистем (КАУСЭ) – alternative stable states of ecosystems/ alternative stable equilibria.

Если быть объективным, то наличие альтернативных состояний водоемов было отмечено давно (Винберг, 1928). Однако логика последовательного развития гидробиологии в целом заставляла оставить эту, как и ряд других особенностей, водных экосистем на длительный период за пределами рассмотрения, т.к. первоначально необходимо было понять и количественно оценить экосистему в ее квазистационарном состоянии. От среднего к реальному и уникальному - путь развития экологии.

Schematic representation of the predicted effect of planktivorous fishes on the dynamics of zooplankton and аlgae. The presence of zooplankton–algae cycles causes the zooplankton to collapse to a lower fish density (B) than would be expected (A), leading to uncontrolled blooms of algae.

Множественность устойчивых состояний – базовая характеристика живых систем на всех уровнях организации Клетка, Организм, Популяция, Сообщество/ экосистема, Биосфера….

Дестабилизация предшествует переходу в новое альтернативное состояние Можем ли мы оценивать уровень дестабилизации в популяции, сообществе? – да, с определенной точностью. Для популяции – уровень флуктуирующей асимметрии, например; уровень скоррелированости проявления различных признаков; Для сообщества – уровень вариабельности интегральных характеристик во времени и. ?

Marten Scheffer: "На самом деле даже критические изменения в человеческом мозге, предшествующие эпилепсии, могут иметь фундаментальное сходство с переходными процессами на финансовых рынках или в экологии. Это довольно смелая идея, но нам кажется, что она имеет под собой основания. Вне зависимости от природы той или иной сложной системы, ее поведение описывается универсальными закономерностями в том случае, если система приближается к своему переходному состоянию.

Энергетика и альтернативные состояния С ростом уровня первичной продукции в водоеме увеличивается разнообразие возможных состояний сообщества/экосистемы, а следовательно, уменьшается возможность прогнозирования динамики системы. Это, вероятно, одна из причин низкой успешности мероприятий по восстановлению эвтрофных водоемов.

Устойчивость vs трансформация Устойчивость и возможность перехода в альтернативное состояние - взаимодополнительные аспекты живых систем. Следовательно, необходимы дополнительные подходы для изучения и анализа. Балансовые подходы – устойчивость, какие для понимания трансформирования/перехода системы в альтернативное состояние?

Старые с большими возможностями, но слабо используемые подходы Консорционный подход; Концепция экологического метаболизма.