Причинные связи

Среди форм отношений между элементами различных систем в жи­вой природе и человеческом обществе одно из главных мест занимают парные взаимодействия, которые обобщенно могут быть обозначены как «ресурс 1 потребитель ресурса». В природе потребление растением минераль­ных питательных веществ из почвы и воздуха, поедание травы травояд­ным животным, отношения хищника и его жертвы, паразитизм и т. п. Взаимодействия в каждой из таких пар можно представить в виде контура обратных связей. Классическим примером такого контура может быть модель взаимовлияния численности особей в популяциях хищника (Х) и его жертвы (Ж).

Чем больше численность жертвы, тем больше пищи для хищника и тем больше его численность при прочих равных условиях (положительная прямая связь). Но чем больше хищников, тем больше они уничтожают жертв, таким образом, численность жертв уменьшается (отрицательная обратная связь).

В целом контур имеет отрицательный знак («плюс и минус дают минус»). Это означает, что система авторегуляторна, т.е. способна сама себя поддерживать, хотя и колеблется около ка­кого-то более или менее стабильного соотношения численностей.

Рассмотрим поведение более сложного контура.

Такая система может стабильно функционировать длительное время. Умеренное возмущение гасится в ней авторегуляторным, взаимодействием всех элементов системы с использованием меха­низма обратных связей. Допустим, например, что под влиянием повышенной температуры или попадания в водоем удобрений уси­лилось развитие фитопланктона и водных растений. Это приводит к уменьшению запаса минеральных веществ и росту биомассы животных - от зоопланктона до рыб. Повышенное выедание планктона через какое-то время ограничивает этот рост. Увеличение биомассы обитателей водоема ведет к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит обусловливает их усиленное размножение. Ускоряются деструкция органики и разложение ее до минеральных продуктов. Цикл замыкается, и восстанавливаются прежние соотношения между звеньями пищевой цепи.

Если же внешнее возмущение слишком велико (например, в во­доем попадает избыточное количество биогенных элементов - со­единений азота и фосфора), то происходит эвтрофирование, т.е. «перекармливание», водоема. В этом случае бурное развитие фитопланктона и водных растений (так называемое «цветение» водоема) нарушает авторегуляцию: гниение большой массы отмерших растений отравляет воду, в ней резко падает содержание кислорода, наступают заморные явления, ­погибают многие беспозвоночные и рыбы. Наиболее негативную роль при этом играют сине-зеленые водоросли.

Необходимо подчеркнуть исключительное значение отрица­тельных обратных связей и отрицательных контуров для любых сис­тем, в. которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуляции физиологических функций организма и поддержания по­стоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, т.е. гом.ео­стаз любой авторегуляторной системы. Все без исключения экологи­ческие системы включают контуры отрицательных обратных связей.