Динамика и эволюция биосферы

     Решающее  отличие живого вещества от косного  заключается в следующем:

     - изменения и процессы в живом  веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени. Для сравнения следует отметить, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического:

     - в ходе геологического времени  возрастают мощь живого вещества  и его воздействие на косное  вещество биосферы. Это воздействие,  указывает В.И. Вернадский, проявляется  прежде всего «в непрерывном  биогенном токе атомов из живого  вещества в косное вещество биосферы и обратно»;

     - только в живом веществе происходят  качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч.Дарвина (1859 г.):

     - живые организмы изменяются в  зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.¹⁵

     В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

     Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной  нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы «не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше». В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития. Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.

     Поскольку эволюция и возникновение новых  видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?

     Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.¹⁶ Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества. 

3. Характеристика и состав биосферы 

     Живые организмы и среда их обитания – два главных компонента биосферы. Живые организмы и среда их обитания  непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем.¹⁷ Говоря о принципах существования биосферы, В.И. Вернадский прежде всего уточнял понятие и способы функционирования живого вещества. Организмы берут из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают их после смерти и в процессе жизни в туже самую среду. Тем самым и жизнь, и косное вещество находится в непрерывном тесном взаимодействии, в круговороте химических элементов. При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое.¹⁸ Обладая значительно большей активностью, чем неорганическая природа, живые организмы стремятся к постоянному совершенствованию и размножению соответствующих систем, включая биоценозы. Последние в свою очередь неизбежно входят во взаимодействия между собой, что, в конечном счете, уравновешивает живые системы различного уровня. В результате достигается динамическая гармония всей суперсистемы жизни - биосферы.

     Развитие  биосферы происходит путем углубления взаимодействия живых организмов и среды. В ходе эволюции постепенно происходит процесс планетарной  интеграции, то есть усиления и развития  взаимозависимости и взаимодействия живого и неживого. Процесс интеграции В.И. Вернадский считал сущностной характеристикой биосферы. Несмотря на всю свою противоречивость, развитие биосферы является фактором  планетарного масштаба и означает прогрессирующее овладение жизнью всей планеты.¹⁹ Существование жизни на Земле коренным образом изменило облик нашей планеты и его составляющие - ландшафт, климат, температуру Земли. Живое вещество существует только в образе биосферы большого тела, отдельные части которого выполняют взаимоподдерживающие и взаимодополняющие функции, как бы оказывающие друг другу услуги по поддержанию жизни. Если есть организмы, накапливающие некоторые вещества, то логично предположить, что должны также существовать и организмы с противоположной биогеохимической функцией, для поддержания равновесия. Эти организмы второго вида разлагают данное вещество до простых минеральных составляющих, снова затем пускаемых в оборот. Далее, если есть окисляющие бактерии, значит, должны быть – и они всегда есть – восстанавливающие бактерии. Один или несколько организмов сколько-нибудь долго продержаться на Земле не смогут. Вернадский считал константным количество атомов, захваченный в жизненный круговорот. Точнее, количество атомов считалось колеблющимся около какой-то средней величины. Именно на этом основании современные ученые, взявшие на вооружение гипотезу о вечности и космическом происхождении жизни В.И. Вернадского, опровергают расхожие представления о том, что в невообразимо далекие времена жизнь была хилой и слабой, ютящейся разве что в каких-то отдельных оазисах.

          Таким образом, именно биогенез современная наука считает основным свойством живого и вместе с тем величайшей тайной природы, ее неразрешимой загадкой, неподвластной человеческому разуму. К другим версиям происхождения жизни автор концепции живого вещества Вернадский относился отрицательно, справедливо подчеркивая, что накопившийся в естествознании огромный фактический материал с несомненностью доказывает происхождение всех современных живых организмов путем биогенеза.  

4. Эволюция биосферы 

     Биосфера  не является статичным, неизменным объектом; с течением времени она эволюционирует. Важным фактором этой эволюции являются сами живые организмы. С момента своего возникновения они расширяли границы биосферы, изменяли её состав. В результате их деятельности за миллиарды лет появились горные породы и полезные ископаемые органического происхождения, полностью преобразована атмосфера Земли (в то числе образован озоновый экран, защищающий всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей), постоянно менялся рельеф местности. 

Рис. 1. Изменения в составе атмосферы Земли 

     Значительные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Бурное развитие промышленности, науки и техники за несколько столетий – геологически ничтожный отрезок времени – способствовало значительному ускорению миграции атомов. Человек создал тысячи новых пород и сортов, истребил многие виды диких животных и растений, извлёк из земной коры миллиарды тонн полезных ископаемых; в результате его деятельности образовались новые озёра – водохранилища – и искусственные реки – каналы, на огромных площадях природные экосистемы сменились искусственными. Деятельность человечества, ничтожного по своей биомассе, оказывает влияние на состав земных океанов и атмосферы. Сейчас уже можно сказать, что человек, овладев громадной энергией, сам является мощнейшим фактором эволюции биосферы. Владимир Вернадский предполагал, что человечество должно создать новую оболочку Земли – ноосферу (греч. noos - «разум»), рассматриваемую в качестве некого мыслящего пласта над биосферой.

     Человечество  не всегда разумно использовало находящиеся  в его распоряжении ресурсы. Не зная многих закономерностей природы, человек часто не представляет последствий своей «победы» над природой. Некоторые государства древнего мира исчезли с лица земли в результате хищнического отношения к природе: истощения почв и вырубки лесов. Вырубка лесов вызывает иссушение и эрозию почвы, приводит к увеличению количества наводнений и селевых потоков в горах, сказываются на местном и глобальном климате.

     Рис. 2. Загрязнение промышленными предприятиями окружающей среды в настоящее время приобретает катастрофический характер 

     Деятельность  человека приводит к сокращению запасов  чистой воды. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды зачастую без должной очистки, загрязняя окружающие водоёмы токсичными химическими соединениями. Гидроэлектростанции и плотины мешают нормальной миграции речных рыб. Двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, заводы, тепловые электростанции выделяют в атмосферу вредные вещества. Появление новых городов и накопление промышленных отвалов уменьшает площадь лесов и лугов, поддерживающих концентрацию кислорода в атмосфере на необходимом для жизни уровне. Безответственное использование атомной энергии приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными веществами, вызывающими раковые заболевания.

     Увеличение  численности населения земного  шара (в настоящее время на Земле  проживает уже более шести  миллиардов человек) может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. В докладах Римского клуба – международной организации, занимающейся исследованием глобальных проблем, затрагивающих сами основы существования человека, – прогнозируется кризис энергетических и пищевых ресурсов уже в середине XXI века. Одна из задач биологии – обеспечить человечество питанием. В настоящее время для этого проводятся разнообразные исследования по увеличению продуктивности существующих агроценозов, выведению новых пород животных и сортов растений, использованию морских плантаций в сельском хозяйстве, применению последних достижений генной инженерии и микробиологии.

     Полёты  человека в космос привели к созданию новой отрасли биологии –  космической биологии. Помимо исследования возможной жизни на других планетах и в открытом космосе перед этой наукой ставится много проблем прикладного характера: обеспечение человека условиями, необходимыми для жизни в космосе, защита от радиации, проблема приспособления человеческого организма к невесомости и малой подвижности. Многие из этих проблем уже решены.

     В настоящее время во всём мире возникла необходимость наладить разумное использование природных ресурсов. Нужна охрана атмосферы, водных ресурсов, почвы, живой природы. Во многих государствах уже приняты законы об охране природы; промышленные, строительные и сельскохозяйственные учреждения обязаны учитывать баланс природных ресурсов и возможные последствия нарушения равновесия природных явлений. Созданы так называемые «красные книги» – списки редких и исчезающих видов животных и растений. Во всём мире появилось большое количество экологических организаций, занимающихся охраной окружающей среды; наиболее известной среди них является «Greenpeace» («Гринпис»).

     Рис. 3. Охраняемые территории. Слева направо: Беловежская пуща (Белурусь), Йеллоустон (США), Нгоронгоро (Танзания), Галапагосские острова (Эквадор) 

     Важную  роль в охране природы играют заповедники – территории (акватории), на которых в первозданном, естественном состоянии сохраняется весь их природный комплекс. На территории заповедников запрещена хозяйственная деятельность, доступ посторонних людей. В природных национальных парках, в отличие от заповедников, регулярно проводятся туристические экскурсии. Заповедники и национальные парки создаются, как правило, в местах с уникальными экологическими системами. В настоящее время в одной России больше 100 заповедников и национальных парков. Наиболее известные из них – Баргузинский, Ильменский, Астраханский, Лосиный остров, Кедровая Падь. Широко известны также Аскания-Нова на Украине, Беловежская Пуща в Беларуси. Количество национальных парков в мире превысило 1200; среди них Йеллоустонский, Гранд-Каньон, Маунт-Мак-Кинли (США), Олимп, Парнас (Греция), Комодо (Индонезия), Маунт-Кения (Кения), Серенгети, Килиманджаро (Танзания), Виктория-Фолс (Зимбабве), Крюгер (ЮАР), Тонгариро (Новая Зеландия) и многие другие.