Эволюция биосферы
Начало эволюции - это начало жизни. В. И. Вернадский считал жизнь явлением вечным, подобно материи или энергии. Хотя в основе его учения о биосфере и лежат представления о глубочайшей взаимосвязи живого и неживого, он полагал, что барьер между косной и живой материей непроходим.
Возникновение жизни на Земле - вопрос дискуссионный. По мнению В. И. Вернадского, в обозримой геологической истории образование живого вещества из неживого на Земле произойти не могло. Отправной точкой его воззрений в этой области был принцип, сформулированный флорентийским врачом Франческо Реди в 1668 г.: «Все живое от живого». Доказательство тому он видел в работах Л. Пастера и П. Кюри об особенностях молекулярного строения органического вещества. Живое вещество обладает свойством оптической диссимметрии (гр. dys - нарушение, symmetria - зеркальное расположение), т. е. является фильтром, способным отделять правовращающие молекулы от левовращающих. Благодаря концентрации молекул одинаковой симметрии, живое вещество способно поляризовать световые лучи. В неживом веществе левовращающие и правовращающие молекулы смешаны в произвольных пропорциях. В. И. Вернадский уделял большое внимание этому факту, высказав гипотезу о том, что диссимметричные структуры стабильны в основном в живом веществе.
Отстраняясь от каких-либо экстраполяций и гипотез, основываясь только на эмпирических (гр. етреiria - опыт) обобщениях, он говорил, что на Земле нет условий, которые могли бы обеспечить возникновение жизни небиогенным путем из косного вещества, т. е. нет условий для абиогенеза (гр. Аbiogenesis - небиологическое происхождение).
Позднее под влиянием успехов в абиогенном синтезе органических веществ он склонялся к признанию абиогенеза, но не одного какого-то вида, а сразу комплекса организмов разных геохимических функций и в условиях, предшествовавших геологическому времени. В 1931 г. он утверждал, что «принцип Реди», безусловно, верен, но справедлив лишь в условиях биосферы, и даже считал возможным абиогенез в нынешних условиях, который, однако, нельзя наблюдать в силу недостаточности уровня знаний. В своей работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», опубликованной впервые в 1965 г., он писал: «Надо искать не следов начала жизни на нашей планете и вообще на планетах, но материально-энергетические условия для проявления планетной жизни». Таким образом, В. И. Вернадский в последних своих работах допускал идею абиогенеза в определенных условиях догеологической истории планеты.
Для В. И. Вернадского было несомненным существование биосферы в течение 2 млрд лет, но была ли она раньше - он сомневался. По последним косвенным данным возраст биосферы оценивается приблизительно в 4 млрд лет.
За последние полвека накоплено много материалов, расширяющих наши познания о появлении жизни на Земле.
Во-первых, можно считать доказанным отсутствие жизни на Марсе и Венере, на которых В. И. Вернадский предполагал возможность существования живого вещества. Теперь изучено достаточно много космической материи, состоящей из различных смесей право - и левовращающих молекул. Результаты доказывают, что земная жизнь не привнесена на Землю с ближайших планет.
Во-вторых, получены и достаточно хорошо изучены природные органические вещества абиогенного происхождения. В книге М. Руттена (1974) описаны опыты по получению аминокислот из водорода, аммиака и метана в бескислородной среде под действием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения. В России подобные опыты проводил А. И. Опарин (1936).
Вскоре такие соединения были обнаружены в грозовых тучах после молний и в стерильно отобранных горячих вулканических пеплах (Е. К. Мархинин, 1980). При этом в одинаковых по химическому составу органических веществах биогенного и абиогенного происхождения наблюдается дисимметрия, т. е. всегда преобладает одна группа молекул, чаще всего левовращающих. Эти факты указывают на стирание граней между живым веществом и его абиогенными аналогами. Поэтому ученые второй половины XX в. (А. И. Опарин, Дж. Бернал, М. Руттен, Р. С. Юнг и др.), не допуская занесения жизни на Землю с других планет, признавали абиогенез на Земле.
По-видимому, абиогенез мог происходить в условиях, отличных от ныне существующих, при первичной бескислородной атмосфере. В настоящее время проблема сводится к выяснению времени превращения абиогенных органических соединений в биогенные и причин появления резко диссимметричной структуры ДНК в живом веществе. Вероятно, что нарушение зеркальной симметрии - необходимый этап эволюции. Физик В. И. Гольданский (1986) считает, что появление диссимметрии в органическом веществе уже обеспечивает возможность начальных форм размножения. В последние годы, однако, получают подтверждение идеи В. И. Вернадского о возможном космическом происхождении живого вещества. Исследованиями в Антарктиде обнаружено большое количество метеоритов на поверхности льда. В них были найдены различные аминокислоты, нуклеотиды, которые не могли образоваться во льдах Антарктиды. Можно предполагать, что абиогенные органические вещества существуют и в далеких космических просторах. Таким образом, если не живое вещество, то его «матрица» в виде абиогенного органического вещества существует в космосе и может переноситься на звездные расстояния.
Поэтому идею В. И. Вернадского о «вечности» жизни в современном представлении можно сформулировать так: жизнь - это этап эволюции материи, возможность, присущая всем пространствам и временам.
Академик К.Н. Моисеев (1994) высказывал такую точку зрения:
Картину мира можно представить как эволюцию единой системы Вселенной от начального взрыва до появления живого вещества и разума, а в конце концов, и общества. Развитие этой системы происходит за счет внутренних взаимодействий, присущих самой системе. Имеет место грандиозный процесс самоорганизации, в котором появление живого вещества является одним из важнейших этапов. В пользу этого говорят последние исследования в физике. Обнаружено, что мировые константы (скорость света, гравитационная постоянная и др.) обладают удивительным свойством. Их изменение даже на малые доли процента привело бы к изменению мирового процесса самоорганизации, исключающему появление структур, дающих возможность возникновения живого вещества (как Солнечная система, например). Иными словами, живое вещество определяет величины мировых констант, а мировые константы дают возможность возникновения живого вещества. Этот парадокс заставляет трактовать роль живого вещества в мироздании по-иному: мир таков потому, что мы есть. Следовательно, «Вселенная, может быть, является не самостоятельной системой, а лишь составляющей некой суперсистемы, в которой одним из принципов отбора является возможность появления живого вещества».
В допущениях абиогенеза на нашей планете на уровне предположений остается этап перехода от косного к живому веществу, который знаменуется появлением метаболизма (гр. теtаbо1е - перемена) и размножения. С этого момента возникает процесс переноса энергии и информации из поколения в поколение.
Эволюция живого вещества шла по пути усложнения структуры организмов и биологических сообществ, увеличения числа видов и совершенствования их приспособленности.
Усложнение живого вещества связано с развитием многоклеточных организмов. Согласно наиболее признанной колониальной гипотезе, образовавшиеся в результате деления клетки не разошлись в пространстве, а образовали колонии. Позже в клетках возникли различия в химическом составе, а затем и в функциональной специализации. Многоклеточные организмы совершенствовались и приобретали разнообразие в течение многих миллионов лет. Совершенствовался круговорот веществ в непрерывном обмене веществом и энергией между организмами и средой, в процессах рождения и смерти. Завладевая все новыми областями земной коры, организмы приспосабливались к новым физико-химическим условиям, что неизбежно приводило к гибели и исчезновению части организмов и дальнейшему естественному отбору. Эволюционный процесс сопровождался повышением эффективности использования энергии и вещества организмами, популяциями и сообществами. И в этой эволюции четко прослеживается постепенное развитие и усложнение нервной системы. "Достигнутый уровень развития мозга, - писал В. И. Вернадский, - не идет уже вспять - только вперед". Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, ознаменовавший своим появлением новый этап развития жизни - антропогенез (гр. апtropos - человек).
Появление человека привело к ускорению процесса эволюции биосферы. В истории антропогенеза неоднократно происходили качественные перестройки. В первой половине каменного века - палеолите (гр раlaios - древний, lithos - камень) у человека сформировались зачатки нравственности. Стадо антропоидов постепенно стало превращаться в человеческое общество. Естественный отбор перешел с уровня организма на уровень племен, народов, цивилизаций. Нечто подобное произошло и во второй половине каменного века - неолите (гр. пеоs - новый): преодолев глобальный экологический кризис, который привел к исчезновению крупных копытных, в том числе мамонтов, люди освоили земледелие и скотоводство, создали новую экологическую нишу.
Выходы из кризисов происходили естественным путем, и на них уходили сотни тысяч лет. Человечество все активнее перестраивало экосистемы, все больше вовлекало в биогеохимические циклы запасы планеты - остатки былых биосфер. В. И. Вернадский воспринимал все это как естественный процесс развития планеты. В 1925 г. он писал: «Измененная культурой поверхность не есть что-то чуждое Природе и в ней наносное, но есть естественное и неизбежное проявление жизни как природного явления».
Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, он пришел к выводу о том, что человечеству как разумной части живого вещества придется взять на себя ответственность за будущее планеты. Будущее требует активного вмешательства разума в судьбу биосферы. Во взаимодействии природы и общества все должно измениться: и биогеохимические циклы, и способность природы обеспечивать потребности человечества, а может быть, и природа самого человека и общества. Все это должно делаться целенаправленно, с участием разума.
Новое состояние биосферы ученый назвал ноосферой (гр. nооs - разум). Термин был введен Эдуардом Леруа (1927), позднее им широко пользовался Пьер Тейяр де Шарден (1930).
Переход в эпоху ноосферы В. И. Вернадский рассматривал как один из актов «приспособления» человечества. Все живые организмы приспособляются, но человек включает в этот процесс разум.
Учение о ноосфере получило развитие в работах русских ученых М. М. Камшилова (1979), В. П. Казначеева (1985) и др. Современные ученые также рассматривают ноосферу как новую высшую стадию эволюции биосферы, связанную с возникновеним и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, создает техносферу и начинает оказывать определяющее влияние на ход биосферных и космических процессов. Только недавно на идеи В. И. Вернадского стали опираться и зарубежные исследователи биосферы.
В этой связи интересно отметить уникальный эксперимент,проводимый в США с замкнутой биолого-технической системой «Биосфера 2», задуманной как микромодель «Биосферы ), т. е. биосферы Земли. Ее разработчики Домон Аллен и Марк Нельсон (1991) во многом использовали концепцию ноосферы В.И. Вернадского, полагая, что с помощью разума возможно управление не только техносферой, но и биосферой. Модель отличалась от предыдущих микрокосмов размерами (площадь 1,3 га, объем более 180 тыс. м3) и разнообразием экосистем «Биосфера 2», была изолирована от атмосферы и почвы, но энергетически открыта для солнечного излучения, т. е. для фотосинтеза. Она также имела электропитание для термо- и влагорегуляции и была связана с внешним миром информационно через компьютеры, теле- и радиосвязь. В модели имелись антропогенное крыло (сельскохозяйственный и жилой отсеки) и природное крыло (тропический лес, саванна, болото, пустыня океан). С инженерной точки зрения это венец применения высоких технологий.
Однако результаты первого научного эксперимента, проведенного 8 испытателями в замкнутой «Биосфере-2» в течение двух лет, оказались не столь блестящи. Здоровью и выживанию экспериментаторов грозило и повышение концентрации СО2, и катастрофическое снижение О2, хронический недостаток калорий в пище и т. д. Эксперимент показал, что люди еще плохо знают, как действует наша глобальная система жизнеобеспечения «Биосфера 1 ». Путь к ноосфере не так легок, как могло показаться. Пока мы не можем управлять даже маленькой «ноосферой», смоделированной человеком
В обобщающем труде «Научная мысль как планетное явление», написанном в 1938 г., а опубликованном впервые только в 1977 г., В. И. Вернадский предстает как великий оптимист в отношении будущего человечества. Он пишет, что взрыв научной мысли в XX столетии подготовлен всем прошлым биосферы, развитие не может остановиться или пойти назад.
Оптимизм В. И. Вернадского опирался на представления о том, что «наука - природное явление» и как один из способов приспособления человечества она не может «не сработать». Действительно, расшифровка основных взаимосвязей в природе на количественном уровне, определение управляющих факторов, исследование законов развития, разработка моделей биосистем всех уровней, вплоть до биосферного, создание высоких технологий, оценка устойчивости и экологической емкости экосистем, т. е. решение главных задач экологии - это и есть работа по становлению ноосферного мышления.
В наше время после выхода в космос энергетическая мощь технологических процессов в руках человека действительно сравнялась с масштабом и мощью природных процессов. В болезненной форме человечество начинает испытывать последствия противоречий между техногенной экспансией (лат. ехрапsio - расширение, захват) и ресурсами биосферы. Поэтому не все в полной мере разделяют оптимизм В. И. Вернадского. Так, академик Н. Н. Моисеев в статье «В. И. Вернадский и современность» (1994) писал, что у В. И. Вернадского и Тейяра де Шардена было больше оснований для оптимизма, чем у людей сегодняшнего дня. Тогда ничего еще не знали об атомном оружии, парниковом эффекте, кислотных дождях, демографическом взрыве и других экологических проблемах. Переход в эпоху ноосферы, вероятно, не будет таким плавным и безболезненным, как они предполагали.
Мировое сообщество очень медленно приходит к осознанию того, что общая судьба человечества зависит не от политических, государственных и национальных амбиций, а от угрозы самоуничтожения в планетарной экологической катастрофе. Рано или поздно человечеству придется согласовывать свои потребности с возможностями биосферы. По существу, придется обратиться к новой нравственности в своей жизни, так как духовный мир должен превратиться в фактор, определяющий развитие и выживание человечества. Это будет новый этап эволюции Ното Sapiens.
Выбор стратегии взаимодействия человека с биосферой, формирующейся как «модель устойчивого развития» - это и есть ноосфера В. И. Вернадского. Но при наличии современного ядерного оружия движение к ноосфере не может занимать тысячи и даже сотни лет. Для такого перехода остаются десятилетия. Несомненно, эволюционный процесс идет, «природные явления действуют». Признаки этого движения видны: это ресурсо - сберегающие и энергосберегающие технологии; перестройка экономики; стремительное развитие коллективного интеллекта, основанного на новых средствах коммуникаций и возможностях компьютеризации; постепенный поворот в сознании ученых, политиков и простых людей в сторону экологического мировоззрения, перевод экологических ценностей в экономические категории и многое другое. Но хватит ли у людей времени? Не разразится ли катастрофа раньше?