Контрольная работа по «Системная экология»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РФ ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Биоэкологии»

Контрольная работа по дисциплине «Системная экология»

Выполнила:

студентка 4 курса БФ       

группы  Бэ-491,                                                         

Перемотина А.Г. ,

 Проверил:

Пахомова. Н.А

Мурманск

2013

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РФ ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Биоэкологии»

Контрольная работа по дисциплине «Системная экология»

Выполнила:

студентка 4 курса БФ       

группы  Бэ-491,                                                         

Трофимова Н.В. ,

 Проверил:

Пахомова. Н.А

Мурманск

2013

Закон развития системы за счет окружающей среды. Правило максимального давления жизни по Н. Ф. Реймерсу. Правило Шелфорда:

Закон развития системы за счет окружающей среды: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Правило максимального "давления жизни" по Н. Ф. Реймерсу: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число.

ПРАВИЛО ШЕЛФОРДА син. ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ – один из основополагающих принципов экологии, согласно которому присутствие или процветание популяции каких-либо организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует определенный диапазон выносливости. Диапазон толерантности по каждому фактору ограничен его минимальными и максимальными значениями, в пределах которых только и может существовать организм ("экологический стандарт" вида). Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от интенсивности воздействующего на нее фактора представляют в виде так называемой кривой толерантности, имеющей обычно колоколообразную форму с максимумом, соответствующим оптимальному значению данного фактора. П.Ш. выдвинуто в 1913 году В.Шелфордом на основании экспериментов по воздействию на насекомых физическими агентами разной интенсивности. П.Ш. объединяется в принцип лимитирующих факторов. Лимитирующим может быть любой экологический фактор (например, количество мест, пригодных для гнездования), но наиболее важным чаще оказываются температура, вода, пища (для растений — наличие биогенных элементов).

Как называются эволюционные приспособления к условиям среды, которые необходимы для нормального существования системы на разных уровнях.

Термин "приспособление" (или адаптация) применяется в современной науке в разных значениях. В широком смысле адаптациями являются любые особенности строения, физиологии, поведения и онтогенеза данного вида, которые обеспечивают (вместе с другими особенностями) возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды или определенный способ использования конкретных ресурсов внешней среды. Так, для хищных птиц приспособлениями к хищничеству являются характерная форма клюва и когтей, определенный набор пищеварительных ферментов, необходимых для эффективного переваривания животной пищи, и соответствующие формы поведения, используемые при охоте на различных животных (птиц, млекопитающих, рептилий и др.). Иногда адаптацией называют также процесс развития приспособленности организмов.

Единственный фактор, придающий эволюционным изменениям организмов приспособительный характер, - естественный отбор - непосредственно действует в видовых популяциях, т.е. на уровне микроэволюции. Однако его кумулятивное (накапливающее) действие в полной мере проявляется лишь в процессе смены многих поколений на больших отрезках филетических линий, т.е. в масштабе макроэволюции. Именно на этом уровне из частных адаптации (незначительных изменений фенотипа, приспосабливающих организмы данного вида к особенностям условий его обитания) формируются адаптации общего значения - сложите морфофункциональные комплексы, обеспечивающие жизнедеятельность организмов в широком диапазоне условий. Частные адаптации специфичны для отдельных видов, тогда как адаптации общего значения характеризуют крупные таксоны (отряды, классы и т.п.) и присущи всем видам, входящим в их состав. Например, летательный аппарат птиц, включающий скелет и мускулатуру передних конечностей, а также перья, образующие несущую поверхность крыла, представляют адаптацию общего значения, тогда как особенности строения этих структур у отдельных видов являются частными адаптациями.

Аттракторы, как они классифицируются.

Аттра́ктор (англ. attract — привлекать, притягивать) — компактное подмножество фазового пространства динамической системы, все траектории из некоторой окрестности которого стремятся к нему при времени, стремящемся к бесконечности. Аттрактором может являться притягивающая неподвижная точка (к примеру, в задаче о маятнике с трением о воздух), периодическая траектория (пример — самовозбуждающиеся колебания в контуре с положительной обратной связью), или некоторая ограниченная область с неустойчивыми траекториями внутри (как у странного аттрактора).

Существуют различные формализации понятия стремления, что приводит к различным определениям аттрактора, задающим, соответственно, потенциально различные множества (зачастую — вложенные одно в другое). Наиболее употребительными определениями являются максимальный аттрактор (зачастую — в своей малой окрестности, см. ниже), аттрактор Милнора инеблуждающее множество.

Аттракторы классифицируют по:

1. Формализации понятия стремления: различают максимальный аттрактор, неблуждающее множество, аттрактор Милнора, центр Биркгофа, статистический и минимальный аттрактор.

2. Регулярности самого аттрактора: аттракторы делят на регулярные (притягивающая неподвижная точка, притягивающая периодическая траектория, многообразие) и странные (нерегулярные — зачастую фрактальные и/или в каком-либо сечении устроенные как канторово множество; динамика на них обычно хаотична).

3. Локальности («притягивающее множество») и глобальности (здесь же — термин «минимальный» в значении «неделимый»).

Чем обусловлено поведение системы?

В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. Следует подчеркнуть, что поведение подобных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, а не конкретными значениями коэффициентов, которые oбyславливают силу каждой отдельной причинной связи. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить коэффициенты, гораздо важнее добавить или измять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак системы.

Известный аналитик Д. Медоуз [33] пишет: «Та система, которая заставляет наносить вред окружающей среде, очень похожа на другие системы, такие, например, которые заставляют людей курить, становиться наркоманами, использовать все больше пестицидов в сельском хозяйстве, создавать все больше и больше оружия, чтобы обеспечить безопасность». Автор называет такие порочные системы«мания-структурами», имея в виду их сходство с явлением пристрастия человека к тому, что объективно наносит ему вред и последствия, чего он в большинстве случаев осознает. Рассмотрим вслед за Д. Медоузом, как возникают «мания-структуры»

Под регулируемым параметром — здоровьем системы — можно понимать состояния самых различных систем. Это может быть постоянство температуры в термостате, обеспеченность механизма смазкой, организма — пищей, больного — лекарством, ребенка — материнской заботой, фирмы — прибылью, государства — хорошим правительством. Но очень часто бывает так, что регулируемым параметром становится не действительное, а воспринимаемое по внешним признакам, кажущееся состояние системы. Больше того, в силу особенностей человеческой психологии оно постепенно все легче принимается за желаемое, и тогда ослабляется или вообще отпадает необходимость противодействия. На фоне кажущегося благополучия действительное состояние системы ухудшается. Она приобретает свойства контура положительной обратной связи. По существу здесь вступает в действие логика самообмана: результат действия замыкается уже не на подлинное, а на кажущееся здоровье системы. Эго и есть «мания-структура».

В социально-экономических системах часто неверно выбирается критерий, оценивающий здоровье системы. Например, рост доходов сам по себе, без сопоставления с издержками и расчета рентабельности не может служить параметром состояния. Текущее и целевое состояния системы определяются набором значений актуальных параметров. Отклонение характеризует степень несоответствия целевому (начальному) состоянию. Целевая направленность поведения системы — это стержневая системная закономерность, что и делает совокупность элементов целостным организованным образованием, ориентированным на получение определенного результата.

В соответствии с современными представлениями о самоорганизации цель можно трактовать в виде устойчивого целевого состояния — аттрактора, который генерирует тенденции изменений или преобразований в системе, отвечающие прообразу будущего. Достижение целевого состояния связано с реализацией известной системной триады: цель, организация, функция. Организация здесь как организационный процесс, включающий структурогенез и новое целевое функционирование. Если отклонение от целевых параметров будет: возрастать, то начнет реализовываться дезорганизационный процесс. Конечным результатом также будет устойчивое состояние аттрактор, соответствующий другой, более низкой степени организации системы. Таким образом, у системы всегда имеется два качественно различных состояния-аттрактора, которые, как «маяки будущего>, притягивают к себе траектории состояния системы. Количественной характеристикой текущего состояния системы является величина отклонения от целевого состояния-аттрактора. Сама изменчивость количественных характеристик системы ограничена пределами. Когда они выходят за рамки меры, скачкообразно происходит преобразование системы согласно переходу количественных изменений в качественные. Пороговое отклонение соответствует тому критическому положению, когда система начинает лавинообразно само распадаться или само достраиваться. С этого момента уже невозможно организовать необходимое воздействие на систему, приводящее к получению положительного результата .

Сложность и неустойчивость, возрастая с известного момента, начинают перевешивать организационную связь и единство системы, которая становится тогда уже неустойчивой в своем целом. Части целого становятся слишком различны. Вывод Богданова, что положительная корреляция между разнообразием и устойчивостью существует только до определенного предела, пока она не начинает перевешивать организационное единство, имеет принципиальное значение для понимания поведения систем и объяснения происходящих в них организационных процессов. Неустойчивость системы есть источник ее внутреннего саморазвития и может приводить к более высокой организации. Эта же идея лежит в основе современной концепции самоорганизации. Саморазвитие системы происходит вследствие накопления внутренних системных противоречий, неустойчивости системы, приводящей к преобразованию ее структуры в более организованный комплекс либо к кризису и новому циклу развития.

Зачем нужен синтез естественных и гуманитарных наук, а так же почему необходимо рассматривать феномен человека в русле всего эволюционного процесса на Земле, а не изолированно от него?

Синтез нужен для повышения эффективности науки. Причем, прежде всего (если не именно), гуманитарной науки, эффективность которой в сравнении с естественной явно проигрывает. Речь ведь идет о переносе методов естественных наук в гуманитарную сферу, а не наоборот. Попытки обратного переноса, если когда и были (например, попытка навязать диалектический метод ученым естественникам), то ничего не дали. Перенос же методов естественных наук в гуманитарную сферу, безусловно, дает определенный положительный результат. Но перенос этот осуществляется уже не первый год (некоторые считают, что как минимум 50 лет), а разница в эффективности гуманитарных и естественных наук остается по-прежнему драматической. Мало того, зачастую этот перенос не только не повышает эффективности гуманитарных наук, но служит лишь наукообразным прикрытием для откровенной научной имитации, количество которой в сфере гуманитарных наук стремительно возрастает. Важно отметить, что и в сфере естественных наук, порождающих эти методы, применение их для прикрытия научной имитации тоже имеет место, хоть и не в таких масштабах, как в гуманитарных. Таким образом, возникает вопрос, что, вообще, делает науку наукой, что отличает настоящую науку от лженауки и научной имитации. Очевидно, что, не ответив на этот вопрос, мы не можем решить проблемы, стоящие перед гуманитаристикой и надеяться на существенный успех от ее интеграции с естественными науками.

   На уровне феномена  настоящую науку отличает надежность  и однозначность ее выводов, однозначность  понятий, которыми она оперирует, и способность ученых договариваться  между собой и всем сообществом (пусть не сразу) принимать какую-либо  теорию как истинную, а остальные, конкурентные - как ложные. Ведь объективная истина одна и, если сообщество ученых неспособно договориться между собой о том, какая из конкурирующих теорий истинна, то какая ж это наука и как ей пользоваться?

   Естественные науки  более-менее удовлетворяют этим  требованиям, чему главное подтверждение - бурный научно-технический прогресс, базирующийся на этих науках. Что касается гуманитарных наук, то успех человечества в гуманитарной  сфере спорен, относителен и уж, во всяком случае, не сравним по темпам с успехом научно-техническим. Каждая из гуманитарных наук: философия, социология, психология, макроэкономика и т.д., разбита на множество школ, между которыми нет общего языка, и они не только не способны договориться о том, какая из конкурирующих теорий истинна, но как правило, и не пытаются этого делать. Как правило, каждая школа просто игнорирует другие.

Почему неограниченный рост материального богатства относится к неэкологическому типу развития системы?

Развитие территориальных систем происходит при непрерывном росте ресурсного потребления, что является специфической особенностью их функционирования. Однако рост ресурсопотребления сам по себе еще не фактор прогресса. Он становится им лишь тогда, когда сопровождается необходимым ростом объема общественного продукта. Если этого не происходит, то наступает регресс.

Когда развитие общества происходит преимущественно на основе роста ресурсопотребления, такой тип существования условно можно назвать неэкологическим. Он не гарантирует длительного поступательного развития, но ведет к системной катастрофе. Возможность использования ресурсов не безгранична, здесь существует предел, который не может быть превышен.

Проблема ресурсобеспеченнности усугубляется также крайней неравномерностью распределения месторождений полезных ископаемых, что усложняет систему мирохозяйственных связей. Фактически ни одна страна на планете не располагает запасами всех нужных видов минерального сырья и не может обойтись без его импорта.

Несмотря на исчерпаемость многих природных ресурсов, ситуация не представляется безысходной. Тело Земли продолжает сохраняться в первозданном виде, если рассматривать его в глобальном масштабе. Далеко не вся территория планеты еще разведана, а поисковой технике пока доступен неглубокий слой земной коры. Далеко не все разрабатываемые ресурсы изымаются, и значительная часть их остается в недрах. Нельзя не учитывать и то, что по мере технического прогресса потребности человека начинают удовлетворяться таким образом, что одни ресурсы и материалы заменяются другими, более экономичными.

Современное общественное развитие, направленное главным образом на рост материального богатства, относится к неэкологическому типу. В этой связи закономерности взаимодействия общества и природы можно сформулировать следующим образом:

a) В условиях увеличивающегося ресурсопотребления необходимым направлением геопространственного развития является переход от экстенсивного к интенсивному развитию.

б) При наличии предела на рост материальных благ необходимым условием геопространственного развития становится переход от интенсивного развития к экологическому.

Современный этап взаимодействия общества и природы следует считать переходным к интенсивному и экологическому типу.

С точки зрения живой природы человек производит только мусор и загрязнение. Почему этого нельзя сказать но о каком другом животном?

 История человечества неразрывно связана с историей природы. По мере развития цивилизации, особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере.

Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

Охарактеризуйте основные методы математического моделирования

Методическая основа современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Количественные методы – измерения, расчеты, математический анализ. 
 Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. Метеорологические наблюдения, определения показателей качества природной воды, определение состояния почв, измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериологической загрязненности среды. К этой группе методов относятся мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за качеством окружающей среды. При этом используются современные методы физико-химического анализа, биоиндикация (использование для контроля состояния среды организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей), дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. 
 
 Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивност. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии, аэрокосмическая регистрация численности стад, скопления рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей. Для изучения динамики численности популяций требуется введение методов демографии. 
 
Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов– наиболее разнообразная группа методов экологии. В лабораторных условиях регистрируется воздействие контролируемого фактора, функции растений и животных. Этим путем устанавливаются оптимальные или граничные условия существования. Так определяются критические или летальны дозы химических и других агентов, по которым рассчитывают предельно допустимые концентрации и воздействия, лежащие в основе экологического нормирования. Экология смыкается с физиологией, биохимией, токсикологией. 
 
Эта экспериментальная техника и методы используются при определении устойчивости экосистем и изучении адаптаций – приспособлений растений, животных и человека к различным условиям среды. 
 
Методы изучения взаимоотношений между организмами в сообществах – часть системной экологии. Натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения с применением метода «меток» радиоактивными изотопами. Можно определить, какое количество органического вещества переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от растений – к травоядным, от них – к хищникам. Экспериментальная методика создания и исследования искусственных сообществ и экосистем, т.е. лабораторное натурное моделирование взаимодействий организмов друг с другом и с окружающей средой. Создают искусственные, частично замкнутые самоподдерживающиеся многовидовые системы.