Сутнісні начала природи, або чого навчає вчення про Трійцю. 13 страница

Але от про що можна говорити з певністю: будь-яке підвищення упоря­дкованості системи пов'язане з виконанням роботи

Отже, робота пов'язана зі змінами! що збільшують упорядкованість системи. Для того щоб уявити конкретно ці зміни, потрібно згадати, з чим пов'язаний узагалі процес упорядкованості системи, чи перехід її зі стану хаосу в стан порядку.

Як було показано раніше, порядок системи обумовлений двома основними факторами: 1) наявністю енергетичного потен­ціалу; 2) інформаційною упорядкованістю системи.

165

Таким чином, виконання роботи, пов'язане з підвищенням упорядкованості системи, обумовлене здійсненням двох видів діяльності:

- збільшенням енергетичного потенціалу системи;

- удосконаленням її інформаційної організованості. Збільшення енергетичного потенціалу передбачає посилен­ня поляризації системи, тобто збільшення різниці енергетич­них потенціалів: або між системою і середовищем, або між окре­мими частинами усередині самої системи. Прямо чи побічно це пов'язано з різними видами переміщень: елементарних части­нок (фізичні види руху, наприклад: тепловий, електричний, елек­тромагнітний, ін.), молекул і атомів (хімічний рух), твердих, рідких і газоподібних тіл (механічний рух), товарно-грошових потоків (економічний рух).

Удосконалення інформаційної упорядкованості системи обу­мовлює зміну просторової структури системи та інформаційної програми функціонування в часі окремих частин системи. Інши­ми словами, це пов'язано зі зміною системи в просторі і часі.

Питання інформаційної перебудови системи будуть доклад­но розглянуті в наступних главах. Тут лише відзначимо, що подібна перебудова пов'язана зі зміною рівня гомеостазу систе­ми, зміною ступеня різноманіття і складності системи. Так чи інакше інформаційне удосконалення також пов'язане з різними видами руху, а це потребує здійснення роботи.

Види енергії. Якісна характеристика одержуваних системою енергетичних потоків пов'язана з тією часткою енергетичного імпульсу, що може бути використана на здійснення корисної роботи. Це, у свою чергу, залежить від двох факторів: по-перше, від особливостей того чи іншого виду енергії; по-друге, від здат­ності системи «розпорядитися» енергією, що надходить у неї.

Подробиці

І

Г. Алексєєв класифікує види енергії, узявши за основу класифікації комплек­сний критерій, що охоплює види матерії, форми її руху і види взаємодії.

1. Анігіляційна енергія - повна енергія системи «речовина - антиречовина», що звільняється в процесі їх сполучення та анігіляції (взаємного знищен­ня, тобто злиття і «зникнення») у різних видах.

2. Ядерна енергія — енергія зв'язку нейтронів і протонів у ядрі, що звільня­ється в різних видах при розподілі важких і синтезі легких ядер; в остан­ньому випадку ЇЇ називають «термоядерною».

ібб

3. Хімічна (логічніше - атомна) енергія - енергія системи з двох чи більше реагуючих між собою речовин. Ця енергія звільняється в результаті пе­ребудови електронних оболонок атомів і молекул при хімічних реакціях.

4. Гравістатична енергія — потенційна енергія ультраслабкої взаємодії всіх тіл, пропорційна їхнім масам. Практичне значення має енергія тіла, яку воно накопичує, переборюючи силу земного тяжіння.

5. Електростатична енергія - потенційна енергія взаємодії електричних за­рядів, тобто запас енергії електрично зарядженого тіла, що накопичу­ється в процесі подолання ним сил електричного поля.

6. Магнітостатична енергія — потенційна енергія взаємодії «магнітних заря­дів», або запас енергії, що накопичується тілом, здатним переборювати сили магнітного поля в процесі переміщення проти напрямку ДІЇ цих сил. Джерелом магнітного поля може бути постійний магніт, електричний струм.

7. Нейтриностатична енергія - потенційна енергія слабкої взаємодії «нейт­ринних зарядів», або запас енергії, що накопичується в процесі подолан­ня сил р-поля - «нейтринного поля». Унаслідок величезної проникної здатності нейтрино накопичувати енергію таким способом практично не­можливо.

8. Пружнісна енергія - потенційна енергія механічно пружно зміненого тіла (стиснута пружина, газ), що звільняється при знятті навантаження найчастіше у вигляді механічної енергії.

9. Теплова енергія - частина енергії теплового руху частинок тіл, яка звіль­няється при наявності різниці температур між даним тілом і тілами на­вколишнього середовища.

10. Механічна енергія - кінетична енергія тіл і окремих частинок, що вільно рухаються.

11. Електрична (електродинамічна) енергія - енергія електричного струму у всіх його формах.

12. Електромагнітна (фотонна) енергія - енергія руху фотонів електромаг­нітного поля.

13. Мезонна (мезонодинамічна) енергія - енергія руху мезонів (піонів) -квантів ядерного поля, шляхом обміну якими взаємодіють нуклони (тео­рія Юкави, 1935 p.).

14. Гравідинамічна (гравітонна) енергія - енергія руху гіпотетичних квантів гравітаційного поля - гравітонів.

15. Нейтринодинамічна енергія - енергія руху всепроникних частинок р-поля - нейтрино (Алексеев, 1983).

Необхідно відзначити важливий момент: розглянуті форми енергії відрізняються своєю ефективністю при здійсненні оди­ниці роботи. Це дає підставу говорити про різну якість різних форм енергїі. Найменш якісною в цьому відношенні вважається теплова енергія - виконання одиниці роботи нею спричиняє найбільші необоротні втрати енергії, так звану дисипацію енергії.

167

Інтегральна величина, що характеризує здатність системи до виконання роботи, дістала назву вільної енергії.

Поняття про вільну енергію. Поняття вільної енергії прохо­дить «червоною ниткою» через усю теорію розвитку.

Вільна енергія ~ це енергетичний потенціал системи, що характеризує її здатність виконувати роботу. У загальному ви­гляді вільна енергія може бути представлена різницею внутрі­шньої енергії системи та енергією, що необоротно втрачається. Здійснена системою в якому-небудь процесі робота визначаєть­ся втратою вільної енергії.

Подробиці_________________________________________

Поняття вільної енергії було вперше введене в термодинаміку німецьким фізиком Г. Гельмгольцем (Н. Helmholtz, 1882), використовується також тер­мін «енергія Гельмгольца». Визначається через внутрішню енергію U, ент­ропію S і абсолютну температуру Г рівнянням: F — U - Т * S (у даному виразі F — вільна енергія).

Внутрішня енергія включає енергію хаотичного (теплового) руху всіх мікрочастинок системи (молекул, атомів, іонів і т.д.) та енергію взаємодії цих частинок. Кінетична енергія руху системи як цілого та ЇЇ потенційна ене­ргія в зовнішніх силових полях до внутрішньої енергії не входять.

Величину Г • S у фізиці іноді називають зв'язаною енергією. Складова даного виразу S є мірою необоротного розсіювання енергії.

Таким чином, у поняття вільної енергії включається лише та кількість внутрішньої енергії, яку система може мобілізува­ти (звільнити) для виконання роботи. Можливо, саме тому цей вид енергії і називається вільною енергією. А не може бути мо­білізована дисипативна енергія, яка необоротно розсіюється си­стемою в зовнішньому середовищі.

Вільна енергія в системі звичайно акумулюється в енергоєм­них речовинах.

Подробиш

У біологічних організмах енергія утримується за рахунок потенційної енергії хімічних зв'язків складних органічних молекул. У результаті хімічних пере­творень енергія може переходити в інші види енергії, що використовується на синтез нових сполук, для підтримання структури і функцій клітин, темпе­ратури тіла, здійснення роботи.

Вихідними процесами нагромадження вільної енергії в довгих ланцюжках екосистемних перетворень енергії є процеси фотосинтезу (використання

сонячної енергії рослинами) і хемосинтезу (використання хімічної енергії бактеріями).

Виділення накопиченої енергії відбувається в результаті розщеплення ве­ликих органічних молекул до простих сполук.

Практично вся еволюція природи - це процес накопичення вільної енергії на планеті. Вже саме утворення речовини перед­бачає процес «упакування» колосальної енергії в атомі. Утво­рення хімічних сполук пов'язане з новим етапом компресації енергії в молекулах. Саме ця хімічна енергія, поряд із соняч­ною, послужила енергетичним джерелом (хемосинтез і фотосин­тез), яке привело в дію інкубатор життя на нашій планеті. Роз­виток життя на Землі знаменувався потужним якісним стриб­ком процесів накопичення вільної енергії на планеті. За допо­могою живих організмів природа удосконалює технологічний процес акумулювання вільної енергії. Конвеєр починають авто­трофи. Одні з них уловлюють енергію сонця (фототрофи), інші - утилізують енергію розпаду хімічних сполук (хемотрофи). Ес­тафету переробки і «упакування» вільної енергії підхоплю­ють гетеротрофи. У результаті вільна енергія виявляється «упа­кованою» в доступні для швидкого засвоєння енергоємні висо-комолекулярні органічні сполуки. Таким чином, еволюція при­роди не тільки збільшувала загальну кількість накопиченої ві­льної енергії, удосконалювалися в якісному відношенні і форми акумулювання енергії.

Вся еволюція природи - це процес накопичення вільної енергії.

Поява на Землі людини ознаменувала новий етап розвитку тех­нологій нагромадження вільної енергії природними системами пла­нети. Одним із перших, кому вдалося розглянути цей феномен, був український учений Сергій Андрійович Подолинський.

Подробиці_________________________________________________

У працях С. Подолинського не зустрінеш терміна «вільна енергія». Він був введений фізиком Гельмгольцем лише в 1882 році, тобто в тому році, коли Сергій Андрійович уже важко занедужав. Однак зміст цього поняття про­ступає через усю канву наукової спадщини вченого. Ще в 1880 році Подо­линський говорив про дві енергетичні компоненти: «накопичувану» і «розсію­вану», — які, зрештою, і складають зміст вільної енергії (Подолинський, 2000).

169

Подолинський фактично зробив відкриття про підвищення інформаційної цінності енергії, хоча, природно, у той час він не міг користатися такою термінологією. «...Звичайно праця, -писав учений, - не створює речовину, і тому вся продуктивність її може полягати лише в приєднанні чогось, також не створено­го працею людини, до речовини. Це «щось» є, на нашу думку, перетворена енергія» (Подолинський, 2000). До цього питання ми ще повернемося в наступних главах.

Ідеї С.А. Подолинського більш ніж на сторіччя випередили час. Його геніальні здогади заклали ту наукову основу, з пози­цій якої ми можемо сьогодні підійти до аналізу енергетики будь-якої відкритої стаціонарної системи.

7.2. Енергетичний баланс системи

Одним з основних законів природи, у рамках якого відбуваєть­ся розвиток будь-якої відкритої стаціонарної системи, є закон збереження енергії. Він може бути сформульований у такий спосіб: жодна матеріальна система не може розвиватися чи фу­нкціонувати, не споживаючи вільної енергії (Е ), що витрача­ється на зміну внутрішньої енергії системи (AU), на розсіюван­ня (дисипування) енергії в навколишнє середовище (Е_д) і на здій­снення роботи (W):

Е_с = AU + E_a + W. (7.1)

Робота, яку виконує система, реалізується за такими напря­мками:

• здійснення функції метаболізму (переміщення потоків інфор­мації), кінцевою метою якого і є вилучення із зовнішнього середовища вільної енергії;

• підтримання рівня гомеостазу (здійснення механізмів нега­тивного зворотного зв'язку), без чого неможлива реалізація функції метаболізму;

• трансформація рівня гомеостазу (здійснення механізмів по­зитивного зворотного зв'язку).

Для виконання роботи із зазначених напрямків система зму­шена витрачати енергію. Це веде до того, що в балансі системи з'являється, відповідно, три енергетичні компоненти: життєза-безпечувальна (Е), компенсаційна (Е ) і трансформаційна (Е ).

170

Таким чином, в остаточному вигляді формулу енергетично­го балансу відкритої стаціонарної системи можна виразити та­ким чином:

£ = М/ + £, + £+£+£, (7.2)

с о ж к m' ^v '

де AU - зміна внутрішньої енергії системи.

Чи може система витрачати енергії більше чи менше тієї кількості, яку вона одержує внаслідок процесів метаболізму з зовнішнім середовищем? Ці дві ситуації можуть бути виражені нерівностями:

1)Е <Е,+ Е + Е +£ ; (7.3)

' с д ж к m^{J v} '

2)Е > Е_й+Е + Е + Е . (7.4)

' с о ж к т ^v '

Подібні ситуації можливі і часто відбуваються в житті на будь-яких рівнях її прояву. Демпфіруючим моментом в обох випадках є зміна внутрішньої енергії системи.

Подробиці___________________________________________________

Якщо енергії надходить не достатньо, щоб обслуговувати звичний «спосіб життя» (тобто підтримувати звичний рівень гомеостазу), система змушена витрачати лриласену раніше енергію. Звичайно запас енергії складається з двох частин. Одна становить резервні запаси. У тварин вони зберігаються у висококалорійних речовинах, (наприклад, жирі); родина чи підприємство збе­рігають їх у банку (причому пострадянська родина частіше «у банці»). Іншою частиною джерел запасів може бути енергія внутрішніх зв'язків окремих елементів структури, що формують систему. Саме вона йде в хід для задо­волення енергетичних потреб систем після того, як виснажуються інші дже­рела. Фактично це знаменує початок процесу саморуйнування системи. Тва­рина починає худнути і втрачати свої функції; родина - продавати ще недав­но такі потрібні предмети побуту; фірми змушені «звільнятися» від частини устаткування. Зрештою, система постає перед вибором: чи загинути (припи­нити функціонування), чи перебудувати рівень свого гомеостазу так, щоб потреби системи знову стали відповідати можливостям, тобто витрата енергії почала дорівнювати надходженню вільної енергії в систему.

При позитивному балансі (надходження енергії більше її витрачання) про­цеси йдуть у зворотному порядку. Система одержує можливість реконст­руювати свою структуру і поповнити резервні запаси. Відповідно виникають передумови і для прогресивної зміни рівня гомеостазу.

Для перебудови системи (трансформації гомеостазу) вклю­чається механізм позитивного зворотного зв'язку. Його реаліза­ція здійснюється за рахунок трансформаційної складової Е .

171

Зміна кількості внутрішньої енергії в системі (АС7) є своєрід­ним індикатором енергетичного стану системи і характеризує передумови зміни рівня її гомеостазу. При цьому можна виді­лити три принципові ситуації:

1. ДС/ = 0: система функціонує в стабільному режимі, при яко­му надходження вільної енергії в систему цілком витрача­ється на підтримання порядку в системі (зниження ентропії).

2. АС/ > 0 (зміна внутрішньої енергії має позитивне значення): у системі починає накопичуватися надлишок вільної енергії; він може бути реалізований лише при трансформації рівня гомеостазу в напрямку його підвищення (прогресивна транс­формація системи).

3. АС/ < 0 (від'ємне значення): система починає використовувати внутрішні резерви (тобто функціонувати за рахунок саморуй­нування); виправити подібну ситуацію система може, лише зни­зивши рівень гомеостазу; при цьому знизяться й енергетичні потреби системи (регресивна трансформація систзми).

Примітка

Слід підкреслити, що додаткових витрат енергії потребує не тільки прогреси­вна перебудова системи (зростання організму, розвиток фірми, країни), але й регресивна трансформація (старіння організму, зменшення потужності фірми, ослаблення держави). Оскільки загальна кількість вільної енергії, яка надходить у систему, знижується, необхідна для адекватної трансформації системи енергія (Е) може бути мобілізована тільки за рахунок реструктури­зації видаткових складових енергобалансу системи. Звичайно більше всього «дістається» компенсаційній складовій (£ ). Як наслідок цього, у подібні пе­реломні періоди стійкість системи значно знижується. Біологічні організми більше, ніж звичайно, хворіють (у цьому відношенні характерним є клімак-совий період), фірму «лихоманить», у країні слабшає діяльність силових стру­ктур, починаються заворушення. Відповідно зменшуються й Інші складові: життєзабезпечувальна (Е_ж) — через зменшення рівня гомеостазу; дисипати­вна (Е ) — через зниження природних втрат енергії, що корелюють з рівнем активності системи.

Якщо ж енергії в системі не вистачає на реалізацію механізму позитив­ного зворотного зв'язку, чи необхідний новий рівень гомеостазу виходить за критичні потенційні можливості самої системи, її може очікувати летальний результат: організм умирає, фірма руйнується, у країні відбувається рево­люція і колишня держава перестає існувати.

У тому випадку, якщо енергії трансформаційної складової вистачає на, досягнення нового рівня гомеостазу, система знову приходить у динамічну рівновагу. Припиняє дію механізм позитивного зворотного зв'язку (Е прагне

до 0), і повною мірою починає діяти механізм негативного зворотного зв'я­зку (Е прагне до норми). Хвороби відступають, справи на фірмі налагоджу­ються, вона знаходить нових споживачів і постачальників. Життя в державі стабілізується: хоча доходи на душу населення в країні можуть бути нижчи­ми, ніж до перебудовного рівня, виникає відчуття, що «життя налагоджуєть­ся» і народжуються надії...

Можна вважати, що зазначені умови балансу є загальними для будь-яких видів структур, які відповідають вимогам від­критих стаціонарних систем. До них належать:

• структури неживої природи з колективним видом поведінки;

• живі організми;

• екосистеми;

• колективні об'єднання тварин (рій, зграя, родина, ін.);

• економічні суб'єкти: підприємства й асоціації;

• системи, сформовані економічними суб'єктами (ринки);

• самокеровані соціально-економічні системи регіонів і країн;

• глобальна соціально-економічна система.

Відповідно, у всіх цих системах діють подібні механізми негативного і позитивного зворотного зв'язку. Проаналізуємо тепер зміст складових рівняння енергетичного балансу системи (формула 7.1).

Перша складова - обсяг виробленої вільної енергії (Е_с), відби­ває своєрідну потужність системи. Для різних видів структур приблизне уявлення про цей життєво важливий показник пев­ною мірою дають оцінки, що характеризують їх продуктивність. Для живих організмів це кількість генерованої життєвої енергії; для екосистеми - її несуча здатність {earring capacity) або зага­льна кількість енергії, що надходить до трофічного (харчового) ланцюга; для фірми - дохід, чи виторг, підприємства; для наці­ональної економіки країни - валовий внутрішній продукт (ВВП).

У правій частині рівняння 7.1 знаходяться видаткові скла­дові енергетичного балансу. Щоб з'ясувати їх зміст, спробуємо розглянути можливу динаміку складових на прикладах декіль­кох видів систем.

173

7.3. Енергетика організму і екосистеми

Для живих організмів параметри енергетичного балансу (див. формулу 7.1), а відповідно, і рівень метаболізму і гомеостазу, визначаються кількістю енергії, необхідної для підтримання основних життєзабезпечувальних функцій організму (Е_ж) і його органів.

Дисипативна складова (Е_д) - це та частина енергії, яку ор­ганізм безповоротньо розсіює (втрачає) у навколишнє середови­ще. Природно, за несприятливих умов середовища (особливо, якщо температура середовища значно нижча температури тіла) безповоротна віддача енергії посилюється. Однак ця складова пов'язана не тільки з умовами зовнішнього середовища, але корелює також з активністю організму. Чим вища активність (Е ), тим більші втрати енергії (ЕЛ.

Компенсаційна складова (Е_к) - це витрати енергії на підтри­мання гомеостазу (збільшення потовиділення, зміна забарвлен­ня, підвищення мобільності, вживання застережних заходів, ін.). Ця складова, що забезпечує механізм негативного зворотного зв'язку, залежить також від умов зовнішнього середовища (чим жорсткіші умови, тим більші витрати енергії) і від активності організму (чим вища активність, тим більше енергії доводиться витрачати на підтримання різних видів рівноваги: механічного, теплового, хімічного, ін. Не випадково деякі тварини (напри­клад, бурий ведмідь) на суворість умов зовнішнього середовища реагують вжиттям необхідних превентивних заходів. Для того щоб вижити в зимовий сезон, коли зменшується кормова база і знижуються можливості надходження вільної енергії в організм, вони впадають у стан анабіозу (зимової сплячки), попередньо максимально ізолювавши в барлогу своє тіло від зайвих втрат тепла (зниження Е_д). При цьому до мінімуму скорочуються ви­трати енергії за компенсаційною складовою (Е.), відсутні і будь-

ft

які трансформаційні перебудови (£_т= 0). Жирових запасів енергії вистачає лише на підтримання життєзабезпечувальних функ­цій (Е ) і мінімальних втрат енергії (ЕЛ, які вдається скороти-ти, але не можна уникнути цілком.

Деяким співтовариствам тварин (мурахи, терміти) вдається змоделювати деякі елементи стану анабіозу, причому перманен­тного (постійного), але на суспільному рівні. Максимально ізо­лювавши від змін зовнішнього середовища свої житла, вони під-

174

тримують у мурашниках і термітниках постійні умови життя, знизивши втрати енергії (Е_д) і звівши до мінімуму компенсацій­ну складову (Е ). Таким співтовариствам удається сотні тисяч років, якщо не мільйони, підтримувати стійкий стаціонарний стан системи, коли механізм позитивного зворотного зв'язку практично не задіюється і трансформаційна енергія (Е_т) не ви­користовується.

Кількість вільної енергії, яка надходить до організму, зале­жить від швидкості й ефективності обмінних процесів (метабо­лізму). У юному віці, коли вони високі, в організм надходить значна кількість вільної енергії, створюються передумови по­стійної мобілізації механізмів позитивного зворотного зв'язку завдяки надлишку енергії (J5_m). У результаті цей організм росте і розвивається, постійно підвищуючи «планку» гомеостазу. В міру старіння швидкість обмінних процесів знижується, і орга­нізм змушений вести перебудову у зворотному напрямку.

Багато змін в екосистемах порівнянні з процесами, що від­буваються в живих організмах. Не випадково до екосистем зна­чною мірою застосовується схожа термінологія: розвиток, ріст, клімакс, деградація, згасання. Однак динаміка екосистем має і свої характерні риси, дуже показові для з'ясування багатьох процесів, що відбуваються на рівні співтовариств, включаючи соціальну організацію людей.

Приплив вільної енергії до екосистеми (Е_с) визначається ді­яльністю продуцентів. Консументи в змозі тільки перерозподі­ляти енергію. Уявлення про рівень гомеостазу якоюсь мірою можуть давати екологічні піраміди: піраміди чисел (тобто спів­відношення кількості окремих біологічних особин у трофічно­му ланцюзі), піраміди біомаси, піраміди енергій. Сумарний об­сяг енергії, що споживається всіма біологічними видами в тро­фічному ланцюзі, складає ту частку, що може витрачатися за трьома складовими енергетичного балансу: життєзабезпечува-льна (Е ), компенсаційна (Е) і трансформаційна (Е ). Ці три складові утворюють своєрідний «бюджет» екосистеми, у межах якого вона може здійснювати свої функції і розвиватися.

Цифри і факти________________________________________________

У міру проходження їжі по трофічних ланцюгах втрачається значна кількість енергії. Майже 80—90% її розсіюється у вигляді тепла (втрати при діяльності організмів, гнитті померлих тварин і відмерлих рослин). Отже, зберігається

175

тільки 10—20% енергії. Таким чином, довжина трофічних (харчових) ланцюгів лімітується кількістю енергії, що зберігається. Тому вона рідко перевищує 6—7 компонентів, складаючи в середньому 3-4 ланки. Зокрема, у ланцюзі «конюшина — коник - жаба - вуж - сокіл» хижому птаху дістається тільки 0,0004% енергії сонячного світла, що потрапляє на луг (Крисаченко, 1998). Це, безумовно, дуже спрощена схема екосистеми. Для повної картини в ній не вистачає великої кількості маленьких біологічних видів (тлі, гусениць, божих корівок, мушок, нарешті, бактерій І грибів), які звичайно щедро лред-ставлені в будь-якій екосистемі і, у кінцевому рахунку, ЇЇ замикають.

Життє забезпечу вальна і компенсаційна енергетичні скла­дові на рівні екосистеми складаються з відповідних компонен­тів окремих біологічних організмів, що живуть в екосистемі. Вони і визначають гомеостаз системи. Приріст вільної енергії в системі означає збільшення кормової бази на кожному з рівнів екологічної піраміди. Це - передумова прогресивного розвитку системи й енергетична база позитивного зворотного зв'язку, що веде до появи нових біологічних видів і зв'язків у системі.

Звідки ж може взятися додаткова енергія в системі? Вона може утворитися завдяки підвищенню ефективності існування окремих видів і їхньої взаємної кооперації. Резервом для цього є дві енергетичні складові: енергії, що безповоротно втрачають­ся (Е_д), і компенсаційні компоненти (Е_к).

Використавши частину необоротних утрат, можна поверну­ти в систему певну кількість енергії. Саме цю роль виконують біологічні види (шакали, гієни, грифи, ворони та ін.), що спо­живають залишки тварин, які ще не розклалися. Використан­ня фекалій своїх сусідів по екологічній ніші є ще однією фор­мою зменшення втрат енергії в харчовому ланцюзі. Як тут не замислитися про ту роль, що відіграють в економіці підприємс­тва і сектори з переробки відходів!

Ііифри і факти

У різних видів тварин неоднакова ефективність травлення. У копитних, напри­клад, засвоюється тільки 40—70% кормової маси, дрібні гризуни засвоюють їжу на 90-95%, а в нутрії цей показник досягає 99%. Ефективність викорис­тання їжі в деяких біологічних видів підвищується повторним використанням кормів. Це явище називається копрофагією. Проявляється копрофагія в по­їданні тваринами фекалій. На такому поїданні екскрементів спеціалізується досить велика група комах (деякі види мух, жуки-навозники та ін.). У про­цесі еволюції ряд травоїдних ссавців (зайці і деякі гризуни) виробили здат­ність поїдати свої власні фекали. Така автокопрофагія забезпечує повторне

176

пропущення їжі через травну систему, що підвищує ефективність засвоєння їжі. Зокрема, у кроликів, яким властива автокопрофагія, первинні фекали містять більше 28% біпків. Після повторної фази засвоєння кормів екскреме­нти містять уже тільки близько 9% біпків (Злобін, 1998).

До речі, подібний принцип поступового засвоєння корисних речовин ви­користовується в багатьох хімічних технологіях і металургії. В енергетиці і будівництві широко використовуються вторинні енергоресурси.

Не завжди помітний, але вагомий внесок у скорочення енер­гетичного компонента, що втрачається, в екосистемах дає ко­операція типу «хижак - жертва». І не тільки завдяки реалізо­ваному таким чином механізму природного добору. Справа в тім, що хижаки, виконуючи санітарні функції, запобігають мо­жливим хворобам та епідеміям серед тварин і пов'язаним із цим масовим випадкам загибелі популяцій. Крім того, хижаки, ре­гулюючи популяцію жертв, здійснюють механізм негативного зворотного зв'язку в екосистемах за «м'яким» варіантом. Це побічно підвищує ефективність системи. Адже альтернативою цьому може бути жорсткий варіант механізму негативного зво­ротного зв'язку, коли популяція гине через брак кормів.

Значне збільшення життєзабезпечувальної енергії (Е_ж) в еко­системах може дати економія на механізмах негативного зворо­тного зв'язку (компенсаційна складова - EJ. Реалізуючи цю функцію, рослини і тварини виконують великий обсяг роботи. Тварини змушені постійно мігрувати в пошуках сприятливих харчових ресурсів, витрачати дорогоцінну енергію на захист від ворогів, ін. Екологічна кооперація дозволяє знаходити взаємо­вигідні форми об'єднання різних біологічних видів у їхніх зу­силлях з підтримання гомеостазу організмів.

Подробиці___________________________________________________

Однією з найбільш сприятливих форм кооперації біологічних видів, що забез­печує економію енергії на пристосуванні до умов навколишнього середовища, є симбіоз, тобто об'єднання видів. У результаті симбіозу один із партнерів чи обидва разом здобувають можливість виграти в боротьбі за існування.

Щось подібне відбувається в економіці, коли більш дрібні підприємства, полегшуючи собі життя, годуються навколо ве­ликих фірм. Ця кооперація найчастіше вигідна і для останніх, які при цьому заощаджують свої зусилля на виконанні дрібної (а часто і «брудної») роботи.

177

У боротьбі за підтримання власного гомеостазу біологічні види удосконалюють свою індивідуальну майстерність, знахо­дячи більш ефективні способи «інвестування» компенсаційної енергії. Загальним принципом є прагнення домогтися сумарної економії енергії в системі шляхом «вкладання енергетичних засобів» у компенсаційну компоненту.

Аргументи вчених