Розглянемо механізми підтримки рівноваги, що діють у відкритих природних екосистемах. На будь-яку екосистему постійно діє велика кількість екологічних факторів, які прагнуть вивести її зі стану рівноваги. Стійка система знаходиться в стані рухомий-стійкої рівноваги: відхилення від нього пускає в хід сили, які повертають систему в стан рівноваги.
Здатність популяції або екосистеми підтримувати рухомий-стійка рівновага при зміні умов навколишнього середовища називається гомеостазом екосистем.
Механізм підтримки гомеостазу заснований на двох принципах.
1) Принцип циклічності полягає в багаторазовому використанні біогенних речовин в процесі біологічного ...
кругообігу. Це робить практично невичерпними запаси мінеральних речовин в екосистемі.
2) Принцип «зворотного зв'язку» полягає в тому, що відхилення екосистеми від стану рівноваги приводить в дію сили, які повертають її в рівноважний стан. Розрізняють позитивну і негативну «зворотний зв'язок».
«Позитивний зворотний зв'язок» додає перешкоди і прагне вивести екосистему зі стану рівноваги.
«Негативний зворотний зв'язок» прагне компенсувати відхилення і повернути систему в стані рівноваги.
Подібний кібернетичний принцип широко використовується в техніці в таких приладах, як термостати, нагрівачі, холодильники та ін. При вимкненому моторі в цих пристроях діє «позитивний зворотний зв'язок» - відбувається відхилення температури від заданої (рівноважної) величини. На певному етапі мотор включається і відбувається повернення системи до рівноважним параметрам ( «негативний зворотний зв'язок»).
На відміну від технічних систем, в природних стійких системах керуючі механізми знаходяться не поза, а всередині системи.
Принцип «зворотного зв'язку» може діяти на рівні організмів (наприклад, регулювання температури тіла), на рівні популяцій (регулювання щільності), будь-якої екосистеми (запасання і вивільнення поживних речовин, синтез і розкладання органічних сполук) і всієї біосфери в цілому.
Розглянемо простий приклад гомеостазу екосистем, що здійснюється на основі принципу зворотного зв'язку. Візьмемо систему, в якій взаємодіють дві популяції: хижаки і жертви, наприклад вовки і олені (рис.). При будь-якому відхиленні від стану рівноваги, наприклад, збільшення популяції оленів, в системі починає «діяти позитивний зворотний зв'язок» ( «+»). При цьому, внаслідок збільшення кількості їжі, зростає і чисельність популяції вовків. Але на цьому етапі починає діяти «негативний зворотний зв'язок» ( «-»), яка повертає систему в рівновагу. Кількість оленів через збільшення кількості хижаків знижується, що веде до зниження чисельності популяції вовків (через брак їжі, епідемій і т.п.) Через деякий час щільність обох популяцій приходить до оптимальному співвідношенню, відповідному рівноваги.
Мал. 14. Схема дії принципу зворотного зв'язку
Якщо в якій-небудь екосистемі знищується хижий вид, порушується дія «принципу зворотного зв'язку». Спочатку відбувається швидке зростання чисельності жертв, що призводить до виснаження запасів навколишнього середовища і до збільшення кількості паразитів. Все це іноді закінчується Необоротні порушення рівноваги екосистеми.
Дія гомеостатических механізмів має свої межі, при досягненні яких подальше збільшення позитивного зворотного зв'язку веде до незворотного порушення всіх процесів в екосистемі. Стану рівноваги відповідає гомеостатическое плато (рис.15) - ділянка, на якому «позитивного зворотного зв'язку» протиставлена «негативний зворотний зв'язок». При збільшенні цих меж відбувається придушення життєдіяльності організмів аж до їх загибелі.
Рис.15. гомеостатическое плато
Надійний гомеостатический контроль встановлюється тільки після тривалої еволюції. Нові екосистеми більш схильні до різких коливань і менш здатні протистояти зовнішнім впливам.
Природа не має гомеостатических механізмів, які могли б впоратися із забрудненням навколишнього середовища. Встановлено, що біосфера здатна компенсувати будь-які обурення, частка яких не перевищує 1% її продукції. В даний час ця межа перевищено в 10-15 разів. Антропогенний вплив призвело до того, що природні екосистеми і вся біосфера стали втрачати здатність до компенсації зовнішніх впливів.