2.4 ЗАКОН ВЕЛИКИХ ЧИСЕЛ. ЗАКОН ЛЕ ШАТЕЛЬЄ-БРАУНА
Інша закономірність, яка визначає вплив окремих елементів системи на її властивості, описується загально математичним законом великих чисел – сукупна дія великої кількості випадкових факторів призводить до результату, майже незалежному від окремого випадку (тобто має стохастичний характер). Таким чином, чим з більшої кількості елементів буде складатися система, тим менший вплив на її функціонування будуть мати окремі елементи.
Яка система буде більш стійкою, якщо з неї вилучити зазначений елемент?
Одним з наслідків закону великих чисел є властивість системи, яка отримала назву робастність або стійкість (надійність) – здатність системи зберігати часткову працездатність (ефективність) при відмові її окремих елементів чи підсистем. Також стійкість системи проявляється як здатність зберігати цілісність (див. вище) за умов збурюючих зовнішніх впливів.
Стійку та нестійку системи можна представити як модель системи «куля-поверхня» за умови постійної сили тяжіння. У випадку І система знаходиться у стійкому стаціонарному стані. Дія сили, перпендикулярній силі тяжіння, буде завжди вертати її у первинне положення. У випадку ІІ система знаходиться у нестійкому стаціонарному стані. Вплив іншої за напрямком сили призведе до руйнування системи:
Якщо в екосистемі продуцентом є один вид зеленої рослини, то знищення її популяції призведе до руйнування всієї екосистеми. В екосистемі мішаного лісу кількість лісоутворюючих порід дерев може сягати 10-15 видів (сосна, дуб, береза, вільха, осика, граб, ясен, липа, клен, тополя). Зникнення популяції одного з них ускладнить функціонування всієї системи, проте не призведе до її повного зникнення.
За загальнонауковим законом Ле Шательє-Брауна, відхилення параметрів системи від їх рівноважного стану запускає механізми, які прагнуть повернути стан системи до вихідного.
З цього закону випливає дуже важливе правило, яке визначає основну властивість біо- та екосистем – здатність до самоорганізації та саморегуляції.
Саморегуляція – здатність до збереження цілісності системи внаслідок її реакцій, які компенсують зовнішній вплив. Механізми регуляції забезпечують стійкість системи та її адекватні зміни в умовах середовища, які постійно змінюються.
В основі регуляції будь-яких процесів лежить механізм зворотного зв’язку. Якщо вихідні параметри системи впливають на вхідні, то система регулюється петлею зворотного зв’язку
Схематичне зображення петлі зворотного зв'язку при саморегуляціїї системи
Якщо зростання вихідних параметрів призводить до зростання вхідних, має місце позитивний зворотній зв’язок, у протилежному випадку – негативний. Наприклад, для популяцій водних організмів характерна реалізація обох механізмів зворотного зв’язку. До певної величини щільності популяції спостерігається максимальні темпи росту особин завдяки виділенню у воду специфічних екзометаболітів, що мають стимулюючий вплив (позитивний зв’язок). Але при подальшому збільшенні щільності популяції та зростанні концентрації метаболітів у воді, ріст особин сповільнюється або припиняється взагалі. Тут можна бачити реалізацію негативного зв'язку, коли популяційна система включає внутрішні механізми регуляції, що спрямовані на виживання особин.