учение о биосфере и ноосфере

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Е.Н. АРТАМОНОВА
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
И НООСФЕРЕ
Семей — 2010
УДК 57
ББК 20.080я73
Рецензенты:
Жумадина Ш.М. — доктор биологических наук, профессор кафедры экологии и защиты окружающей среды Семипалатинского государственного университета им. Шакарима (г. Семей)
Касымова Ж.С. — кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и географии Семипалатинского государственного педагогического института (г. Семей)
Артамонова Е.Н.
Учение о биосфере и ноосфере: Учебное пособие. — Семей: Семипалат. гос.
пед. ин-т, 2010. — 94 с., табл. 9, ил. 9
ISBN 978-601-7244-00-2
В учебном пособии излагаются основные положения о биосфере как глобальной экосистеме. Демонстрируется выдающаяся роль В.И. Вернадского в разработке
учения о биосфере. Характеризуются уникальные особенности живого вещества,
обусловливающие его крайне высокую средообразующую деятельность. Рассмотрены основные концепции происхождения жизни на Земле и механизмы устойчивости
биосферы. Отдельные главы посвящены учению о ноосфере и концепции устойчивого развития.
Учебное пособие предназначено для магистрантов специальности «6N0608 —
Экология» и студентов экологических, географических и биологических специальностей.
Рекомендовано к изданию Учебно-методической секцией по специальностям
группы «Образование» КазНПУ им. Абая (Протокол № 11 от 22.12.2009 г.)
ISBN 978-601-7244-00-2
УДК 57
ББК 20.080я73
 Артамонова Е.Н., 2010
Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ БИОСФЕРЫ
1.1. Определение понятия биосферы
БИОСФЕРА (гр. bios - жизнь, sphaira - шар, сфера; «область жизни») — область планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь, и
которая постоянно подвергается или когда-либо подвергалась воздействию живых организмов.
Понятие «биосфера», по мнению Владимира Ивановича Вернадского (18631945), было сформулировано без употребления самого термина Ж.Б. Ламарком
(1744-1829) в труде по гидрогеологии Франции (1803). Он ближе всех подошел к пониманию единства живого и неживого. Высоко оценивал роль круговорота веществ в
биосфере А. Лавуазье. Однако, если Ламарк считал, что разрушение органического
вещества — физический процесс, то Лавуазье понимал его как биологический процесс. Он предположил наличие особой группы организмов, которые возвращают
элементы в окружающую среду. Об этом вкладе Лавуазье в конце XIX в. вспоминал
Л. Пастер. А. Гумбольдт выделял сферу жизни как неотъемлемую часть географической оболочки. Наконец, Э. Зюсс (1831-1914) в известной книге «Лик Земли»
(1875) при описании геологии Альп, рассматривая основные оболочки Земли (литосферу, атмосферу и гидросферу), полагал, что в области взаимодействия верхних
сфер и литосферы можно выделять самостоятельную оболочку — биосферу. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. В.В. Докучаев
(один из учителей В.И. Вернадского) справедливо отмечал, что до сих пор естествознанием изучались «главным образом, отдельные тела — минералы, горные породы,
растения и животные — и явления, отдельные стихии — огонь (вулканизм), вода, земля, воздух, в чем, повторяем, наука и достигла удивительных результатов, но не их
соотношение, не та генетическая, вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой,
между растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, и
человеком, его бытом, и даже духовным миром - с другой. А между тем именно эти
соотношения, эти закономерные взаимодействия и составляют сущность познания
естества, ядро истинной натурфилософии — лучшую и высшую прелесть естествознания».
Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась
настолько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное
научное направление в естествознании — учение о биосфере. Особая роль в развитии учения о биосфере — оболочке Земли, строение и организованность которой
обусловлены жизнедеятельностью организмов, - принадлежит Владимиру Ивановичу Вернадскому. Биосферу Вернадский определяет как «наружную область Земного
шара, граничащую с Космосом, сосредоточившую в себе жизнь в различных формах ее проявления (латентном и активном), пронизывающую всю гидросферу,
верхние слои литосферы и нижние слои атмосферы, в которой происходит аккумуляция, трансформация световой энергии и совершается геохимическая работа».
По его утверждению, биосфера - планетарное явление космического характера. Мысль о жизни как о космическом явлении, пишет Вернадский, существовала
уже давно. В конце XVII в. голландский ученый X. Гюйгенс в книге «Космотеорос»,
переведенной в России по инициативе Петра I, сделал следующее научное обобщение: «жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Вернадский назвал это обобщение принципом Гюйгенса.
3
Фундаментальный труд В.И. Вернадского «Биосфера» вышел в свет в 1926 г.
Он написал его в возрасте 63 лет. Вся «Биосфера» Вернадского пронизана идеей
взаимодействия не только земных, но и космических тел и явлений. И главную роль
среди них играют живые организмы, живое вещество планеты. «Своеобразным,
единственным в своем роде, отличным и неповторяемым в других небесных телах
представляется нам лик Земли - … ее изображение в Космосе», - так начинает Вернадский свою книгу.
Понимание идей В.И. Вернадского пришло только в 60-е гг. прошлого столетия. Оно крепло по мере осознания человечеством угрозы экологического кризиса,
поскольку решение глобальных экологических проблем невозможно без понимания
законов, управляющих живыми организмами в биосфере.
1.2. Основные свойства биосферы
Область распространения живых организмов включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть
твердой оболочки (литосферы).
Биосфера, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит
из абиотической и биотической части.
Абиотическая часть представлена: почвой и подстилающими ее породами
до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом
этих пород и физической средой порового пространства; атмосферным воздухом до
высот, на которых возможны еще проявления жизни; водной средой океанов, рек,
озер и т.п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама
жизнь — биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов
благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат три биогеохимических принципа, сформулированных В.И. Вернадским:

Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к
максимальному своему проявлению, к «всюдности» жизни.

Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию
устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную
миграцию атомов.

Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей
его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией
Солнца.
Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства,
создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы. Имеет
свои границы в планетарном масштабе и биосфера.
В.И. Вернадский четко обозначает верхний и нижний пределы распространения жизни. Верхний - обусловливается лучистой энергией, приходящей из
космоса, губительной для живых существ. Речь идет о жестком ультрафиолетовом
излучении; оно задерживается озоновым экраном, граница которого проходит на высоте около 15-25 км. Это верхняя граница биосферы.
Лишь тонкий слой тропосферы (менее 100 м над поверхностью Земли) наиболее наполнен жизнью. Основная часть аэропланктона сосредоточена на высоте 1,01,5 км. До высоты 3 км атмосфера освоена как растительными, так и животными организмами, здесь произрастают вероника, рододендрон, кедровый стланик, змееголовник, мхи, лишайники. Жилье человека можно встретить на высоте 5 км. Наиболее
4
высоко поднимаются кондоры — 7 км. Споры бактерий и грибов обнаруживают на высоте 20-22 км.
Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах. В
литосфере выделяют 3 геотермические провинции: изотерма 100 °С проходит на
глубине 10-15 км, 3,5-5,5 и 1,5-2,5 км. Нижняя граница жизни в литосфере принята за
4,5 км, где еще могут встречаться бактерии. На глубине 2,2 км в песчанике, пропитанном нефтью, насчитывается до 10 млн./г серобактерий.
Наибольшую мощность биосфера имеет в океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа.
На рис. 1 наглядно показаны границы биосферы - от высот атмосферы, где
царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тыс.
атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности температур у различных организмов - от абсолютного нуля до +180 °С, некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов - от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации. Более
того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам
выходит даже за пределы биосферы, т.е. у них есть еще определенный «запас
прочности» и потенциальные возможности к распространению.
Рис. 1. Границы биосферы
1 — озоновый слой, 2 — граница снегов, 3 — почва, 4 — животные,
обитающие в пещерах, 5 — бактерии
В таблице 1 представлены некоторые количественные характеристики биосферы и других геосфер Земли.
5
Таблица 1 — Сравнение биосферы с геосферами
Сфера
Литосфера
Атмосфера
Гидросфера
Биота биосферы
Масса, т
5,1х1019
5,15х1015
1,5х1018
2,42х1012
Время оборота, лет
5х107
2х104
3х104
8-10
Наглядным является сравнение В.М. Гольдшмидтом литосферы с каменной
чашей массой около 6 кг. В этом случае масса гидросферы будет соответствовать
массе воды в такой чаше (около 0,4 кг), масса атмосферы станет сравнимой с массой медной монеты, брошенный в чашу, а живого вещества - с массой почтовой марки.
Масса живого вещества ничтожна. Видно, что биосфера, составляя менее 10-6
массы литосферы и гидросферы, будучи более чем в две тысячи раз меньше массы
самой легкой оболочки Земли — атмосферы, обновляет свой состав в миллион раз
быстрее. Биота биосферы обусловливает преобладающую часть химических превращений на планете. Отсюда суждение В.И. Вернадского об огромной преобразующей геологической роли живого. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно (для разных круговоротов от 103 до 105) пропустили через себя, через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объем Мирового
океана, большую часть массы почвы, огромную массу минеральных веществ. И не
только пропустили, но и в соответствии со своими потребностями видоизменили всю
земную среду.
Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя особенностями: во-первых, в ней в значительном
количестве содержится жидкая вода; во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии; в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной. Все это
служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Что такое «биосфера»?
Кто является автором термина «биосфера»?
Какова роль В.И. Вернадского в разработке учения о биосфере?
Сформулируйте три биогеохимических принципа.
Что является верхней и нижней границей биосферы? Чем они обусловлены?
Перечислите основные свойства биосферы.
6
Глава 2. В.И. ВЕРНАДСКИЙ — ОСНОВОПОЛОЖНИК УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ
2.1. Жизнедеятельность В.И. Вернадского
В.И. Вернадский отличался разнообразием и широтой
научных интересов и открытий, талантом научного предвидения. Темы его работ касаются времени и пространства, жизни и
смерти, почвы и воды, животных, растений и человечества. Он
не просто интересовался всем этим, но исследовал, осмысливал и постигал.
В творчестве Вернадского сплелись в один узел химия,
геология и биология. Он стал основоположником целого ряда
смежных наук — геохимии и биогеохимии, радиогеологии и учения о биосфере. Его исследования начались с минералогии.
Однако ученый скоро понял, что интересуют его не столько
предметы, сколько процессы. Как мог образоваться состав земной коры, каким является охваченное жизнью вещество биоВ.И. Вернадский сферы? «Мне суждено сказать новое в учении о живом веще(1863-1945)
стве. Это учение может оказать такое же влияние, как книга
Дарвина», писал В.И. Вернадский.
До него понятие «биосфера» отождествлялось с пленкой жизни, а она ускользала от внимания геологов из-за своей ничтожности по сравнению с атмосферой,
гидросферой или литосферой. Учение Вернадского произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологические процессы, причины явлений, их эволюцию. До трудов Вернадского эти процессы связывались, прежде всего, с действием физико-химических сил, объединяемых термином «выветривание». В.И. Вернадский же показал первостепенную, преобразующую роль живых
организмов и обусловливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота веществ и изменения всех внешних оболочек Земли.
Основные даты жизнедеятельности В.И. Вернадского представлены в таблице
2.
Таблица 2 — Основные даты жизни и деятельности В.И. Вернадского
Дата
1
12 марта
1863 г.
1881 г.
1884 г.
1885 г.
1890 г.
Событие
2
В Петербурге родился Владимир Иванович Вернадский
Окончание курса гимназии и поступление на физико-математический
факультет Петербургского университета
Участие в экспедиции профессора В.В. Докучаева по обследованию
земель Нижегородской губернии. Смерть отца
Окончание курса университета с оставлением при университете для
подготовки к профессорскому званию. Женитьба на Наталье Егоровне
Старицкой. Рождение сына Георгия
Назначение профессором минералогии и кристаллографии Московского университета. Защита магистерской диссертации при Петербургском университете
7
Продолжение таблицы 2
1
1892 г.
1902 г.
1911 г.
1912 г.
1915 г.
1918 г.
1926 г.
1935 г.
1941 г.
1943 г.
1944 г.
5 часов дня
6 января
1945 г.
2
Назначение заведующим минералогическим кабинетом Московского
университета. Создание «Теории строения силикатов» и публикация
«Курса минералогии». Рождение дочери Нины
Вступительная лекция «О научном мировоззрении» к курсу истории
естествознания. Избрание адъюнктом по минералогии в Академию
наук. Избрание в Государственный совет от Академии наук. Избрание
экстраординарным академиком
Уход из Московского университета в знак протеста против политики
правительства и переезд в Петербург
Избрание ординарным академиком. Организация минералогической
лаборатории
Организация Комиссии по изучению естественных производительных
сил России
Организация Украинской Академии наук, первым президентом которой
избирается В.И. Вернадский. Чтение курса «Геохимии» в Киевском
университете и первые экспериментальные работы по исследованию
живого вещества. Избрание ректором Таврического университета.
Возвращение в Петроград. Командировка во Францию по приглашению Сорбонны для чтения курса лекций по геохимии
Возвращение в Ленинград, издание «Биосферы», возобновление работы в отделе живого вещества
Переезд в Москву
Эвакуация в Боровое
Смерть жены. Возвращение из эвакуации в Москву
Публикация последней работы «Несколько слов о ноосфере»
Умер от кровоизлияния в мозг на 82-м году жизни
2.2.
Значение
основных
естествознания
трудов
В.И.
Вернадского
в
развитии
Владимир Иванович оставил после себя огромное число фундаментальных
научных работ, среди них в первую очередь необходимо отметить такие, как «Биосфера», «Живое вещество», «Несколько слов о ноосфере», а также «Биогеохимические очерки», «Очерки геохимии», «Химическое строение биосферы Земли и ее
окружения» и др.
Значение трудов Вернадского состоит в том, что он изучал биосферу в разных аспектах: пространственно-временном (эволюцию жизни на Земле); информационном (принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе);
энергетическом (связь жизни с эндо- и экзогенными источниками энергии); ноосферном (человек — геологическая сила).
Современное учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов и человека проявляется в качестве геохимического фактора, получило свое начало только в 1926 г. в работах В.И. Вернадского.
В своей книге «Биосфера» ученый впервые показал, что биосфера — закономерный результат развития нашей планеты, ее верхней области — земной коры. Живые организмы в биосфере — не случайные гости, а часть закономерной организованности. В.И. Вернадский конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере,
8
но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба.
Живые организму не только осуществляют геохимический круговорот элементов, они создают для себя и условия существования. Вместе с тем, сами живые существа претерпели необычный в истории формирования Земли, пожалуй, и всей
Солнечной системы качественный, поступательный процесс развития.
Он отмечал, что биосферу можно и нужно рассматривать как весьма сложную
саморегулирующуюся природную систему, состоящую из живого вещества и неживой материи. Основное внимание Вернадский уделял высшей форме развития материи на Земле — жизни, которая определяет и подчиняет себе другие планетарные
процессы. По его представлению, химическое состояние наружной коры нашей планеты (биосферы) всецело находится под влиянием жизни. А энергия, придающая
биосфере обычный облик, имеет космическое происхождение. Источником ее являются лучи Солнца. Но именно живые организмы, совокупность жизни, по мнению
В.И. Вернадского, превращают эту космическую энергию в земную, химическую, и
создают бесконечное разнообразие нашего мира. Этот великий планетарный процесс, пишет ученый, есть миграция химических элементов в биосфере.
В.И. Вернадский впервые доказал наличие динамического равновесия между
веществом и энергией в мироздании. Он утверждал, что живое вещество, не превышающее по весу и десятой доли процента биосферы, совершает огромные биогеохимические процессы на планете. Он рассматривал органическое вещество живых
организмов в качестве носителя свободной энергии в биосфере.
В последние годы жизни ученый пришел к выдающемуся философскому открытию — идее перехода биосферы в ноосферу. Среди живой материи ведущую
роль ученый отводил человечеству.
Он акцентировал внимание на том обстоятельстве, что человечество, взятое
в целом, становится мощной геологической силой и способно превратить биосферу
в ноосферу, т.е. сферу разумного гармонического взаимоотношения природы и общества. Учение о биосфере и ноосфере в наше время стало основой новой экологической стратегии выживания человечества — концепции устойчивого развития.
Обращает на себя внимание и смелое предвидение ученого планетарного,
геохимического значения общественной производительной деятельности человека,
которая во все возрастающих масштабах воздействует на судьбу химических элементов планеты. В.И. Вернадский прогнозировал влияние на природу в эпоху ноосферы результатов деятельности человека, ее масштабов. Он писал об удивительной быстроте роста геохимической работы человека, о все более ярком влиянии
сознания и коллективного разума на геохимические процессы, которые могут и изменят не только геохимический состав, но и структурную организацию биосферы.
Более того, он даже предвидел выход человека за пределы планеты.
Ученый считал возможным говорить об автотрофной роли человечества, понимая под этим все возрастающие масштабы искусственного синтеза органических
материалов, различных полимеров и других веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе.
Он отмечал: «Я смотрю на все с точки зрения ноосферы и думаю, что в буре и
грозе, в ужасе и страданиях стихийно родится новое, прекрасное будущее человечества». К сожалению, натуралист ошибся в своих прогнозах. Он слишком идеализировал отношение будущего человека к природе, считал, что оно обязательно будет
добрым, мудрым, и не мог, конечно, предположить масштабов и темпов потребительских, варварских действий человека по отношению к природе и окружающей
среде.
9
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Охарактеризуйте основные этапы жизнедеятельности В.И. Вернадского.
Каков вклад ученого в развитие геохимии, биогеохимии, радиогеологии?
Перечислите основные фундаментальные труды В.И. Вернадского. В чем состоит их значение?
Какую роль среди живой материи отводил ученый человечеству?
10
Глава 3. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО, ЕГО СРЕДООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА
3.1.
Свойства живого вещества
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое
значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты. Этот термин введен в литературу В.И. Вернадским. Под ним
он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную как единое целое через массу, энергию и химический состав.
Согласно В.И. Вернадскому, в биосфере выделяют живое, биогенное и биокосное вещество.
Живое вещество — совокупность всех живых организмов: микроорганизмы,
растения и животные, их активная биомасса. Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В
настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов, из них 0,5 млн. растения, 1,5 млн. - животные и микроорганизмы.
Биогенное вещество образуется при отмирании организмов и последующем
их частичном разложении и консервировании. Это мертвая органика, все формы
детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива.
По происхождению выделяют палеобиогенное и необиогенное вещество.
Первое образовано некогда живым веществом прошедших геологических эпох
(нефть, каменный уголь, известняки, доломиты и др.), второе — живым веществом
современной геологической эпохи как результат непосредственной жизнедеятельности (остатки отмерших организмов, продукты линьки, выделения и др.). При этом,
например, органический опад может быть весьма значительным. Так, у древесных
пород доля мертвого органического вещества к концу жизни превышает вес живого
вещества в 3-4 раза. Ежегодный необиогенный опад составляет 50х109 т.
Биокосное вещество — смесь живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения. В.И. Вернадский определял биокосные тела как естественные системы, характерные для биосферы: «Это закономерные структуры, состоящие из косных и живых тел (например, почвы), причем все
их физико-химические свойства требуют иногда чрезвычайно больших поправок, если при их исследовании не учтено проявление находящегося в них живого вещества». Следовательно, живое глубоко пронизывает своим преобразующим воздействием косную материю, облагораживая ее. Помимо почв, В.И. Вернадский к биокосным системам относил природные воды, илы, ландшафты, кору выветривания и саму биосферу.
Решительные отличия живого вещества от косного заключаются в следующем:

Изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее,
чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используют понятие исторического, а в косных телах — геологического времени. Для
сравнения отметим, что секунда в геологическом времени соответствует ста тысячам лет исторического.

В ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывал В.И. Вернадский, проявляется, как уже отмечалось, «в непрерывном биогенном токе атомов из
живого вещества в косное вещество биосферы и обратно».
11

Только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в
ходе геологического времени. Процесс и механизм этих изменений впервые нашли
объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина.

Живые организмы изменяются в зависимости от изменений окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, постепенное накопление именно таких изменений служит источником эволюции.
Живое вещество - основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. По подсчетам ученых, его масса составляет 2423,2 млрд. т (таблица
3). Если его выделить в чистом виде и распределить равномерно по поверхности
Земли, то это будет слой около 2 см или крайне незначительная доля от объема
всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. В чем же причина столь высокой химической активности и геологической роли живого вещества?
Таблица 3 — Биомасса растений и животных наземных и водных экосистем
Среда
Суша
Океан
Сумма
Масса, 1012 т
%
Растения
2,4
99,04
Животные
0,02
0,825
Растения
0,0002
0,008
Животные
0,003
0,124
Общая биомасса
2,4232
100
Организмы
Прежде всего это связано с тем, что живые организмы, благодаря биологическим катализаторам (ферментам), совершают, по выражению академика Л.С. Берга,
с физико-химической точки зрения что-то невероятное. Например, они способны
фиксировать в своем теле молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях температуры и давления. В промышленных условиях связывание атмосферного азота до аммиака требует температуры порядка 500°С и
давления 300-500 атмосфер.
В живых организмах на порядок или несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В.И. Вернадский в связи с
этим живое вещество назвал чрезвычайно активизированной материей.
К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим
его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие:
1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. В.И. Вернадский назвал это всюдностью жизни. Расширяет рамки жизни латентное состояние. «Замирание» жизни (споры, семена, цисты и т.д.) ведет к ее растеканию, расширению. Всюдность жизни в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В.И. Вернадский считает, что
этот захват продолжается. Способность быстрого освоения пространства связана
как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли
бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные возможности размножения; таблица 4), так и
со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или
образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастающих
на 1 га, составляет 8-10 га и более. То же относится к корневым системам.
12
Таблица 4 — Время, необходимое организмам для заселения земного шара
Организм
Зеленые планктонные водоросли
Морские водоросли
Клевер ползучий
Бактерии:
холеры
тифа
Инфузория
Насекомые:
муха
комар
Рыбы:
сельдь
камбала
треска
Куры
Млекопитающие:
крысы
свинья дикая
свинья домашняя
слон индийский
Время
168-183 дня
49-79 лет
11 лет
1,25 дня
1,8 дня
10,6-67,3 дня
366 дней
203 дня
7-12 лет
6 лет
4 года
15-18 лет
8 лет
56 лет
8 лет
1000 лет
2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и активное, например, против течения воды, силы тяжести,
движения воздушных потоков и т.п.
3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.
4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземновоздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим
параметрам условий. Например, некоторые организмы выносят температуры, близкие к значениям абсолютного нуля -273 °С, микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурами до +140 °С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.
5. Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько
порядков (в сотни, тысячи раз) значительнее, чем в неживом веществе. Через 15
сек. поглощенный зелеными листьями СО2 обнаруживается в соединениях, образующихся при фотосинтезе. Фермент каталаза при температуре 1 °С за 1 сек. разлагает около 1 млн. молекул перекиси водорода. Об этом свойстве можно судить и по
скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности.
Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день количество пищи, которое в 100-200 раз больше веса их тела. Особенно активны организмы-грунтоеды.
Дождевые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150-200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой
почвы. Такие же явления имеют место в донных отложениях океана. Слой донных
отложений здесь может быть представлен продуктами жизнедеятельности кольчатых червей и достигать нескольких метров. Колоссальную роль по преобразованию
вещества выполняют организмы, для которых характерен фильтрационный тип питания. Они освобождают водные массы от взвесей, склеивая их в небольшие агрегаты и осаждая на дно.
13
Впечатляют примеры механической деятельности некоторых организмов,
например роющих животных (сурков, сусликов и др.), которые в результате переработки больших масс грунта создают своеобразный ландшафт. По представлениям
В.И. Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95-99%
переработаны живыми организмами. Даже такие колоссальные запасы воды, которые имеются в биосфере, разлагаются в процессе фотосинтеза за 5-6 млн. лет, углекислота же проходит через живые организмы в процессе фотосинтеза каждые 6-7
лет.
6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши - 14 лет, а для океана,
где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон), - 33
дня. В результате высокой скорости обновления за всю историю существования
жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12
раз превышает массу Земли. Только небольшая часть его (доли процента) законсервирована в виде органических остатков (по выражению В.И. Вернадского, «ушла
в геологию»), остальная же включилась в процессы круговорота.
Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются
концентрацией в нем больших запасов энергии. Согласно В.И. Вернадскому, по
энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава,
образующаяся при извержении вулканов.
Вернадский раскрывает ведущую роль живых организмов в трансформации
солнечной энергии и преобразовании веществ, слагающих наружные оболочки Земли: «По существу, биосфера может быть рассматриваема как область земной коры,
занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную
земную энергию, - пишет Вернадский, - лучи Солнца обуславливают главные черты
механизма биосферы... Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена вся биосфера».
Живое вещество, по словам Вернадского, выполняет космическую функцию,
связывая Землю с Космосом: «Вещество биосферы благодаря им (солнечным лучам) проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в
биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает ее в конце концов в
энергию в земной среде свободную, способную производить работу... Лик Земли ими
меняется, ими в значительной мере лепится. Он не есть только отражение нашей
планеты, проявление ее вещества и ее энергии - он одновременно является и созданием внешних сил Космоса».
Вернадский подчеркивает, что, используя солнечную энергию, живое вещество выполняет гигантскую химическую работу. Поскольку речь идет о преобразовании живыми организмами земных веществ, Вернадский назвал эти процессы биогеохимическими: «Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном,
интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы разнообразнейших
соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет...».
3.2. Функции живого вещества
Всю деятельность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их преобразующей биосферногеологической роли.
В.И. Вернадский в статье «Об условиях появления жизни на Земле» выделял
девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную, разрушения органических соединений,
восстановительного разложения органических соединений, метаболизма и дыхания
14
организмов. В настоящее время названия этих функций несколько изменены, некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А.В.
Лапо (1987).
1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. Большая часть поступающей на Землю световой энергии теряется: 47% рассеивается облаками, 22% поглощается атмосферой, 24% - почвой и только в среднем 1% эффективно улавливается
зелеными растениями в процессе фотосинтеза и преобразуется в макроэргические
связи молекул. Но в результате растения производят около 232 млрд. т органического вещества и 248 млрд. т кислорода ежегодно.
2. Газовая функция — способность изменять и поддерживать определенный
газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию
его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т.п.). В результате
этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде
всего СО2 в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.
С газовой функцией в настоящее время связывают два переломных периода
(точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая
точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это
произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании
кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла примерно 10%
от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и
образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обеспечило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна
была жизнь).
3. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией
под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению
среды кислородом, так и восстановления, прежде всего в тех случаях, когда идет
разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные
процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а
также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои
болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море).
Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.
В.И. Вернадский различал две отдельные функции — окислительную и восстановительную, он писал: «можно различить две противоположные биогеохимические
функции, которые и в природе находятся в известной корреляции и которые тесно
связаны с историей свободного кислорода в биосфере, который, насколько мы знаем, почти нацело создается живым веществом».
4. Концентрационная функция - способность организмов концентрировать в
своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание, по сравнению с окружающей организмы средой, на несколько порядков (по марганцу, например, в теле отдельных организмов — в миллионы раз). Результат концентрационной
деятельности - залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и
т.п. Эту функцию живого вещества всесторонне изучает наука биоминералогия. Организмы-концентраторы используются для решения конкретных прикладных вопросов, например, для обогащения руд интересующими человека химическими элементами или соединениями. Проявление концентрационной функции живого вещества
представлено в таблице 5.
15
Таблица 5 — Концентрационная функция живого вещества
Элемент
Водород
Углерод
Натрий
Магний
Кремний
Сера
Железо
Кальций
Концентрация
Водородисто-кислородные организмы. До 99 % воды при обычном ее содержании в теле 80-90
%
Углеродистые организмы. Углерод до 48 % при обычном содержании в окружающей среде 8-18
%
Натриевые организмы. Концентрируют до 5 % при обычном содержании в среде 0,02-0,5 %
Магниевые организмы. Концентрируют до 10 % магния при фоновом содержании nх10-1 - nх10-2
Кремниевые организмы. Концентрируют до 10 % кремния при фоновом nх10-1 - nх10-3
Серные организмы. Концентрируют до 10 % при фоне nх10-1 nх10-2
Железные организмы. Концентрируют до 20 % при фоне nх10-1 nх10-3
Организм
Огромное количество водных
бесскелетных организмов. В медузах химически чистой воды —
99,9 %
Лишайники, семена, многие организмы в латентном состоянии
Флора солончаков, солянки, солеросы, полыни, большинство
морских водорослей
Фораминиферы
Диатомовые водоросли, песчаные фораминиферы, радиолярии, кремниевые губки, хвощи
Серные бактерии, выделяющие
самородную серу
Железобактерии, некоторые фораминиферы, десмидиевые водоросли, некоторые лишайники,
многие водные растения
Кальциевые организмы. Концен- Лишайники, многие цветковые
трируют до 40 % кальция при фо- растения, лишенные раковины
новом содержании nх10-1 - nх10-2
моллюски, большинство водорослей (кладофора)
5. Деструктивная функция — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.
Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).
6. Транспортная функция — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной
функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).
7. Наряду с концентрационной функцией живого вещества выделяется противоположная ей по результатам — рассеивающая. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, при
разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина
крови рассеивается, например, кровососущими насекомыми и т.п.
8. Средообразующая функция. Эта функция является в значительной мере
интегративной (результат совместного действия других функций). С ней в конечном
счете связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию
можно рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании ре16
зультатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.
В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании почв. В.И. Вернадский, как отмечалось выше, почву
называл биокосным телом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании. Роль живых организмов в образовании почв
убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образование растительного слоя земли
деятельностью дождевых червей». Известный ученый В.В. Докучаев назвал почву
«зеркалом ландшафта», подчеркивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента — биоценоза и, прежде всего, растительного покрова.
Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их
сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров
среды. Это прежде всего относится к сообществам с большой массой органического
вещества (биомассой). Например, в лесных сообществах микроклимат существенно
отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые
колебания температур, выше влажность воздуха, ниже содержание углекислоты в
атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верхних горизонтах почвы).
Исключительная чистота Байкала обязана работе веслоногого рачка эпишуры байкальского, который всю массу воды озера трижды в год пропускает через свое тело.
9. Важна также информационная функция живого вещества, выражающаяся в
том, что живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в наследственных структурах и затем передают последующим
поколениям.
В обобщающем виде роль живого вещества сформулирована геохимиком А.И.
Перельманом в виде закона биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского): «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом...».
3.3. Химический состав живого вещества
Химический состав живого вещества подтверждает единство природы —
он состоит из тех же элементов, что неживая природа, только соотношение этих
элементов различное и строение молекул иное (таблица 6).
В настоящее время известно более 30 элементов, имеющих решающее биологическое значение: K, Li, Rb, Fe, Cr, Ni, Mn, Mo, Cd, Sr, Ba, Сu, I, Na, Ca, Mg, Zn, F,
Se, As и др. Есть основания считать, что этот список может быть значительно расширен, так как большинство химических элементов имеет биологическое значение.
Например, в организме человека обнаружено более 70 элементов. В.И. Вернадский
считал, что на определенных этапах геологической истории через органическое вещество проходят все элементы Периодической системы Д.И. Менделеева.
Живое вещество или протоплазма по весу состоит, прежде всего, из воды. В
протоплазме медуз 95-99% воды, в костях человека — 20%, а в мозге — до 85% воды.
Растения суши в среднем содержат 60% воды. В растениях водоемов воды еще
больше.
17
Таблица 6 — Элементный состав звездного и солнечного вещества при
сопоставлении с составом растений и животных
Элемент
Водород
Гелий
Азот
Углерод
Магний
Кислород
Кремний
Сера
Железо
Другие
элементы
звездное
вещество
81,8
18,2
}0,33
0,03
Содержание, %
солнечное
живое вещество
вещество
растения
животные
87,0
10,0
10,0
13,0
0,3
3,0
}0,33
3,0
18,0
0,08
0,05
0,25
79,0
65,0
}0,01
}0,004
0,15
0,254
0,001
0,04
7,49
3,696
Вода в протоплазме организмов выполняет ряд очень важных функций. В ней
растворено большинство других веществ, и поэтому они могут взаимодействовать
друг с другом. С помощью воды удаляются также отходы жизнедеятельности организмов.
Благодаря большой способности воды поглощать тепло с минимальными изменениями температуры, вода предохраняет организм от резких изменений температуры. Вода дает возможность организму освобождаться от излишков тепла путем
испарения, а её высокая теплопроводность позволяет теплу равномерно распределяться в организме. Вода также является смазочным материалом трущихся частей
организмов.
Кроме воды, в живое вещество или протоплазму входят органические и неорганические вещества. В основе всех органических соединений находится атом углерода. Благодаря четырем электронам на его внешней электронной орбите, углерод лучше других элементов способен давать разнообразные соединения с другими
атомами и, прежде всего, с водородом, кислородом, азотом. Органическими их
назвали потому, что в земных условиях их могут синтезировать только организмы. В
последующем в неживой природе некоторые органические вещества были синтезированы человеком, т.е. тоже живым организмом.
Важнейшие типы органических веществ в живых организмах - углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, стероиды. В углеводах атомы углерода, водорода
и кислорода находятся в соотношении: 1С:2Н:1О. Это сахар, крахмал, целлюлоза.
Жиры (липиды) тоже состоят из углерода, водорода и кислорода, но кислорода в них
меньше, чем в углеводах. Белки (протеины) содержат, кроме углерода, водорода,
кислорода еще и азот, а также обычно серу и фосфор или другие элементы. Нуклеиновые кислоты также состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.
Они определяют состав генов организмов. Стероиды образуют витамины, гормоны,
холестерин. Состоят, главным образом, из углерода и водорода. В живом веществе
содержатся также минеральные соли.
Основными структурными и функциональными компонентами протоплазмы
являются белки. Протоплазма — это коллоидная система белковых молекул в воде.
Многие свойства живой протоплазмы обусловлены переходом из золя в гель и обратно. Такой состав живой протоплазмы приводит к тому, что в геохимическом (элементарном) выражении живое вещество планеты на 98,5% массы состоит из трех
элементов: О — 70%, С — 18%, Н — 10,5%.
18
Несмотря на то, что элементарный состав живого вещества обычно выражается в весовых процентах (таблица 7), следует отметить, что роль химических элементов, особенно в живом веществе и в биосфере, определяется, прежде всего, не
их массой, а свойствами и, следовательно, количеством атомов. Если выразить состав живого вещества в количестве атомов, то оно на 63,8% состоит из атомов водорода. Это связано с тем, что в воде и органическом веществе преобладают атомы
водорода. По количеству атомов водорода живое вещество превышает литосферу в
105 раз, и в этом отношении оно ближе к гидросфере и звездам, чем к каменной
оболочке Земли. Второе место по количеству атомов в живом веществе принадлежит кислороду (26,6 атом. %). Этот элемент в большом количестве присутствует во
всех компонентах биосферы. На третьем месте по количеству атомов в составе живого вещества — углерод (9,1 атом. %). Однако, атомный кларк концентрации его по
отношению к литосфере - наивысший среди всех элементов — 750, поскольку в литосфере, гидросфере и атмосфере содержатся только доли процента углерода. Это
наиболее характерный для живого вещества элемент. Четвертое место по количеству атомов в живом веществе уверенно принадлежит азоту — 0,13 атом. %. Кларк
концентрации его по отношению к гранитной оболочке — 130. Кроме живого вещества
высокое содержание азота только в атмосфере. В сумме эти четыре элемента составляют — 99,63% атомов живого вещества.
Таблица 7 — Распространенность химических элементов в живом веществе
Распространенность основных химических элементов
в живом веществе по декадам, вес. %
101
макроэлементы
O, C, H
10-1
N, Ca, K, Si
10-2
P, S, Mg, Na, Cl, Fe
10-3
микроэлементы
Al, Ba, Sr, Mn, B
10-4
10-5
Br, F, Ti, Zn, Rb, Cu, V, Cr
ультраэлементы
Ni, Pb, Sn, As, Cs, Mo, Y
10-6
Se, U
10-11
Ra
При высушивании и сжигании живого вещества эти элементы образуют воду и
газы. Оставшиеся в золе элементы, составляющие 0,37% общего количества атомов
живого вещества, называются зольными элементами, они образуют в организмах
минеральные вещества или входят в состав органических веществ. Из них в живом
веществе преобладают: Са, К, Si, Р, Mg, S, Na, Cl, В, Fe, Al. Концентрация каждого из
этих элементов составляет n-10-2 - n-10-3 атом. %. У остальных зольных элементов
концентрация в живом веществе еще ниже. В сумме они составляют 0,18% атомов
живого вещества.
Концентрация химических элементов в окружающей среде является таким же
экологическим фактором, как свет, тепло и др. Наблюдается зависимость состояния
живого организма А от концентрации химических элементов в окружающей среде
(продукта питания), как и от действия других экологических факторов В (рис. 2).
19
Рис. 2. Зависимость состояния живого организма от концентрации
химических элементов в окружающей среде
Оптимальная концентрация химических элементов в окружающей среде, соответствующая нормальной жизнедеятельности организма, ограничена нижним (В1)
и верхним (В2) порогами оптимальной концентрации химического элемента. Отклонение концентрации от этих порогов, как в одну, так и в другую сторону, приводит к
угнетению жизненных функций организма, а при достижении нижнего порога критической концентрации (В3) и верхнего порога критической концентрации (B4) наступает смерть организма. Недостаточная концентрация химического элемента или его
избыточность, равно как и недостаточное или избыточное действие любых других
экологических факторов, отрицательно сказывается на жизнедеятельности организмов.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
Что такое живое, биогенное и биокосное вещество?
В чем заключается коренное отличие живого вещества от косного?
Перечислите основные уникальные особенности живого вещества.
Каковы основополагающие функции живого вещества в биосфере?
О чем свидетельствует сравнение химического состава живого и косного веществ?
20
Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
4.1. Теории возникновения жизни
Как началась жизнь? Этот вопрос беспокоил человека с давних времен. «Даже
сформулировать данную проблему одному ученому не по силам, так как для этого
ему нужно быть одновременно математиком, физиком, квалифицированным химиком-органиком, обладать широкими познаниями в геологии, геофизике, геохимии и,
кроме всего прочего, свободно ориентироваться во всех областях биологии», - так
высказался об этой проблеме профессор Джон Бернал. В течение многих веков выдвигалось немало различных теорий, призванных объяснить происхождение жизни.
Среди основных (рис. 3) следует упомянуть следующие:
1. креационизм — жизнь была создана сверхъестественным существом в
определенное время,
2. самопроизвольное зарождение — жизнь возникала неоднократно из неживого вещества,
3. стационарное состояние — жизнь существовала всегда,
4. панспермия — жизнь занесена на нашу планету извне,
5. биохимическая эволюция — жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам,
6. современная теория — теория биопоэза Дж. Бернала.
Рис. 3. Основные теории происхождения жизни
Согласно теории креационизма, жизнь возникла в результате какого-то
сверхъестественного события в прошлом. Этой теории придерживаются последователи почти всех религий. В 1650 г. архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э. и закончил свой труд 23 октября в
9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей,
21
упоминающихся в библейской генеалогии, - от Адама до Христа по принципу «кто
кого родил». Согласно христианской религии, мир и все населяющие его организмы
были созданы за 6 дней. Процесс божественного сотворения мира мыслится как
имевший место лишь единожды и потому недоступный для наблюдения. Этого уже
достаточно для того, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за
рамки научного исследования, поскольку вера признает вещи, которым нет доказательства в научном смысле слова.
Теория спонтанного (самопроизвольного) зарождения была распространена
в качестве альтернативы креационизму в Древнем Китае, Вавилоне и Египте. За 600
лет до н.э. Анаксимандр из Милета высказал мысль о возникновении жизни из морского ила и о последующей ее эволюции, его и можно считать основоположником
идеи самозарождения жизни. Согласно Аристотелю, определенные «частицы» содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать
живой организм (в оплодотворенном яйце, например, но и в солнечном свете, тине,
гниющем мясе). Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за 3 недели создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы (активное начало — человеческий пот). Ньютон придерживался этой теории.
Но в XVII в. придворный врач семейства Медичи Ф. Реди нанес первый удар
по теории самозарождения жизни. Он впервые сделал то, что сегодня называется
контрольным опытом. Реди положил два куска гнилого мяса в разные сосуды. Причем, один сосуд он оставил открытым, а другой закрыл марлей. Сторонники самозарождения жизни утверждали, что личинки мух и черви должны появиться как бы из
ничего. Реди доказал, что личинки появились только в сосуде, который был открыт
для контакта с внешней средой. Так был установлен знаменитый принцип Реди — все
живое из живого (концепция биогенеза). Таким образом, уже в XVIII в. сформировались два течения: сторонники принципа Реди и сторонники так называемого абиогенеза.
В конце XVII в. Кирхером и Левенгуком был открыт микроскоп, а вместе с ним
и мир мельчайших существ, невидимых простым глазом и различимых только в микроскоп. Этих мельчайших живых зверьков (так Левенгук называл открытые им бактерии и инфузории) можно было обнаружить везде, где только происходило гниение, в
долго стоявших отварах и настоях растений, в кислом молоке, в гниющем мясе, бульоне, в зубном налете. «В моем рту, - писал Левенгук, - их (микробов) больше, чем
людей в Соединенном Королевстве».
Невольно появилась мысль, что именно в гниющих отварах и настоях и происходит самозарождение живых микробов из неживой материи. Это мнение получило
подтверждение в середине XVIII в. благодаря опытам шотландского священника
Нидхэма. Он брал мясной бульон или отвары растительных веществ, помещал их в
плотно закрывающиеся сосуды и недолго кипятил. При этом, по его мнению, должны
погибнуть все зародыши, новые же не могут попасть извне, так как сосуды плотно
закрыты. Но, тем не менее, через некоторое время в жидкостях появлялись микробы. Отсюда Нидхэм делал вывод, что он присутствует при явлении самозарождения.
Но против этого мнения выступил другой ученый, итальянец Спалланцани.
Повторив опыты Нидхема, он доказал, что более продолжительное нагревание сосудов, содержащих органические жидкости, полностью их стерилизует.
Между представителями двух противоположных течений разгорелся спор.
Спалланцани доказывал, что Нидхэм не достаточно прогревал жидкости во время
опытов и, что там оставались зародыши живых существ, на что Нидхэм возражал,
что не он нагревал жидкости слишком мало, а, наоборот, Спалланцани нагревал их
слишком долго и таким образом уничтожал «жизненную силу». Он и его сторонники
утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила». По мнению виталистов, «жизненная сила» присутствует всюду. Достаточно лишь вдохнуть
ее, и неживое станет живым.
22
Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продолжались и в XIX в.
Даже Ламарк в 1809 г. писал о возможности самозарождения грибков.
С появлением книги Ч. Дарвина «Происхождение видов» вновь стал актуальным вопрос о том, как же все-таки появилась жизнь на Земле. В 1859 г. Французская
Академия наук назначила специальную премию тому, кто сможет по-новому осветить проблему возникновения жизни. Эту премию в 1862 г. получил французский
ученый Л. Пастер. Пастер провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Ф. Реди. Он кипятил в колбах различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы, или защищал горло колбы ватной пробкой, в которой задерживались все мельчайшие частицы, взвешенные в воздухе. При
длительном кипячении погибали не только сами микроорганизмы, но и их споры.
Помня об утверждении виталистов, что «жизненная сила» не может проникать в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со свободным концом.
Споры микроорганизмов оседали на поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли
проникнуть в питательную среду (рис. 4). Хорошо прокипяченная питательная среда
оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов,
хотя доступ воздуха (а вместе с ним и «жизненной силы») был обеспечен.
Рис. 4. Схема опыта Луи Пастера в колбах с S-образным горлом:
А - в колбе с S-образным горлом питательная среда долго остается стерильной;
В - если удалить S-образное горло, то в среде быстро развиваются микроорганизмы
Но, может быть, продолжительное кипячение химически изменило среду и
сделало ее непригодной для поддержания жизни? Пастер с легкостью опроверг и
это возражение. Он бросал в стерилизованную кипячением жидкость ватную пробку,
через которую пропускался воздух и которая, следовательно, содержала зародышей, - жидкость быстро загнивала. Значит, прокипяченные настои являются подходящей средой для развития микробов. И это развитие не происходило только потому, что не было зародыша, как только он попал в жидкость, она сразу же загнила.
Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни. Витализму и представлениям о «жизненной силе» был нанесен сокрушительный удар.
Наконец, Пастер доказал, что можно без всякого нагревания неопределенно
долго хранить такие легко загнивающие жидкости, как кровь и моча, нужно только
извлекать их из организма животного (где они содержатся без микробов) асептически, то есть с принятием мер предосторожности против попадания зародышей извне.
Сложность строения даже наиболее простых организмов так поразила некоторых ученых, что переход неживого в живое казался им невозможным ни в прошлом, ни в настоящем. «Невозможность самозарождения в какое бы то ни было
время, - говорит известный английский физик В. Томсон, - нужно считать так же
прочно установленной, как закон всемирного тяготения».
Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а
существовала вечно, виды также существовали всегда.
23
Теория панспермии, основанная Г.Э. Рихтером, также не предлагает никакого
механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее
внеземном происхождении. Она не отвечает на прямой вопрос, а переносит проблему в другое место во Вселенной. В основе теории лежало представление о повсеместном распространении зародышей микроорганизмов во Вселенной. Они способны прикрепляться к носящимся в мировом пространстве маленьким частицам твердого вещества (космозои), отделившимся от небесных тел. Таким образом, они переносятся с одной, заселенной организмами планеты на другую, где жизни еще нет.
Найдя на планете подходящие условия, т.е. подходящую температуру и влажность,
зародыши начинают прорастать и эволюционировать; они являются впоследствии
родоначальниками всего органического мира данной планеты.
Эта теория приобрела в научном мире много сторонников. Даже такие выдающиеся ученые, как Гельмгольц и В. Томсон поддерживали ее. Сторонники теории
пытались научно обосновать возможность переноса зародышей с одной планеты на
другую, при которой сохранялась бы их жизнеспособность. Ведь спору ожидает такое длительное и полное опасностей путешествие. Способна ли она его выдержать,
не погибнув, и сохранить способность прорасти?
Прежде всего, зародыш подстерегает холод межпланетного пространства
(- 220°С). Зародыш обречен столетия и даже тысячелетия носиться при этой температуре, прежде чем случай даст ему возможность опуститься на новую планету. Но
опыты показали, что современные нам зародыши микроорганизмов превосходно переносят холод.
Но гораздо большую опасность для зародышей представляют световые лучи.
Некоторые бактерии под действием прямых солнечных лучей погибают в течение
нескольких часов, другие более устойчивые, но на все без исключения бактерии световые лучи действуют одинаково губительно. Но это неблагоприятное действие
ослабляется в отсутствие кислорода воздуха (в межпланетном пространстве нет
воздуха), поэтому зародыши могут выдержать и это испытание.
Попав в сферу притяжения какой-нибудь планеты с благоприятными условиями, зародыш должен пролететь через толстый слой воздуха, окутывающий планету.
Вследствие трения о воздух быстро летящий метеорит нагревается и сгорает от
сильного жара далеко от поверхности земли, лишь немногие из них достигают цели.
Такая же участь ожидает и зародыш. Но по крайней мере некоторые из них, попав в
атмосферу, смогут добраться до поверхности земли жизнеспособными.
Теория панспермии отвечает только на вопрос о происхождении земной жизни, а не на вопрос о происхождении жизни вообще. Правда, в последнее время появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах и кометах многих «предшественников жизни» - цианогенов, синильной кислоты и органических соединений.
В.И. Вернадский, не видя оснований для признания возможности абиогенного
происхождения жизни на Земле, писал: «Признавая биогенез, согласно научному
наблюдению, как единственную форму зарождения живого, приходится допустить,
что начала жизни в том Космосе, какой мы наблюдаем, не было, поскольку не было
начала этого Космоса. Жизнь вечна, поскольку вечен Космос, и передавалась всегда
биогенезом». В нескольких работах Вернадского, в том числе в книге «Научная
мысль как планетарное явление», развивается следующая мысль: «Живое вещество
дает на нашей планете одно из самых тончайших, а может быть и самое тончайшее,
дробление материи, сохраняющее свою отдельность в твердом или жидком состоянии, а потому оно может проникать всюду — уходить из земного притяжения. А жизнь
в латентном состоянии — в спорах, семенах или цистах может сохраняться неопределенное время, возможно, геологические века». Вернадский был очень осторожен
в своих суждениях, в той же работе у него есть такая фраза: «Положение жизни в
научном мироздании нам совсем не ясно». Д.А. Гранин в своей документальной повести «Зубр» рассказывает, что в беседах Вернадского с русским генетиком Н.В.
24
Тимофеевым-Ресовским на проблему происхождения жизни было наложено табу, но
его сокровенной идеей была жизнь, привнесенная на нашу планету из Космоса.
Настоящий переворот во взглядах на происхождение живой материи произошел после появления работы молодого биохимика А.И. Опарина.
Небольшая книга «Происхождение жизни», вышедшая в 1924 г. в издании
«Московского рабочего» и оказавшая столь сильное влияние на развитие современной науки, состоит из пяти частей. Идеи, высказанные в этой книге, легли в основу
почти всех современных теорий возникновения жизни.
Первые две части посвящены истории проблемы происхождения жизни.
В третьей главе «Мир живого и неживого» Опарин впервые высказывает
мысль о том, что жизнь тесно связана и, более того, схожа с коллоидным и
студнеобразным состоянием вещества. Именно это предположение нашло затем
дальнейшее развитие в изучении знаменитых коацерватных капель.
В этой же главе Опарин вводит несколько критериев, отличающих живое от
неживого: раздражимость, обмен веществ, воспроизведение себе подобных. В конце
главы автор делает необычный для своего времени вывод, состоящий в том, что
«жизнь характеризуется не какими-либо определенными свойствами, а особенной
специфической комбинацией этих свойств».
Но основной вклад Опарина в науку сделан в двух последних разделах книги:
«От разрозненных элементов к органическим соединениям» и «От органического
вещества к живому существу». Именно в этих главах впервые была сделана попытка
объяснить возникновение органических соединений на изначально «стерильной»,
безжизненной Земле естественным путем, например, при взаимодействии карбидов
металлов с водой при высокой температуре поверхности ранней Земли.
Эта конкретная схема Опарина претерпела значительные изменения за последующие десятки лет. Но сама идея непрерывного усложнения органических соединений, приведшего в конце концов к возникновению жизни, послужила основой
современной науки о происхождении жизни. Эта идея получила название принципа
непрерывности.
В последней главе Опарин предлагает считать первыми живыми организмами
маленькие обособленные кусочки органического геля.
Проблемы передачи наследственной информации в работах Опарина затронуты не были.
Пять лет спустя, в 1929 г. английский биохимик Д. Холдейн опубликовал короткую статью «Возникновение жизни». В этой статье ученый обрисовал все важнейшие аспекты проблемы происхождения жизни.
Холдейн впервые подчеркнул важность задачи переноса генетической информации при рассмотрении вопроса о происхождении жизни. Впервые также он
указал на ультрафиолетовое излучение Солнца как источник образования органических соединений из атмосферных газов.
С работой Опарина Холдейн не был знаком, и поэтому его также с полным основанием можно считать основателем принципа непрерывности.
Новая гипотеза, состояла в том, что условия, в которых возникла жизнь, отличались от условий, в которых жизнь существует сейчас. Эти отличия касались главным образом состава атмосферы. Земля единственная среди планет нашей солнечной системы имеет атмосферу, в которой преобладающую роль играет кислород.
Опарину и Холдейну давно было ясно, насколько это обстоятельство важно для всей
постановки вопроса о возникновении жизни.
Нынешняя земная жизнь делится на две большие категории: животные, дышащие кислородом, и растения, способные к выработке кислорода путем фотосинтеза. Животные могут жить в темноте, но для дыхания им просто необходим или
свободный воздух, или кислород, растворенный в воде. Растениям не нужен кислород, они сами образуют его на свету, но они не способны подолгу жить и расти в
25
темноте. Какая из этих форм жизни возникла первой? Может обеим этим формам
предшествовала какая-то третья? Последнее предположение в настоящее время
кажется почти очевидным. Подробное изучение животных и растений приводит к выводу, что они являются потомками общих прародителей, зоофитов. Зоофиты, повидимому, напоминали современных бактерий, которые способы одновременно выполнять как животные, так и растительные функции, т.е. осуществлять и окисление,
и фотосинтез.
Еще в середине XIX в. Л. Пастер в своих исследованиях по брожению показал,
что жизнь возможна и без кислорода. У организмов, живущих в анаэробных, т.е.
бескислородных, условиях, обмен веществ основан на процессах брожения, а не
окисления.
Холдейн высказал предположение, что жизнь возникла на планете, в атмосфере которой не было кислорода: поскольку в примитивной атмосфере было очень
мало кислорода, а может быть, и не было вовсе, первоначальные формы жизни добывали необходимую им для роста энергию не за счет окисления, а за счет брожения. Ибо, как говорил Пастер, брожение - это жизнь без кислорода. В таком случае
следовало бы ожидать, что высшие организмы, подобные человеку, должны начинать жизнь как анаэробные существа, подобно тому, как они начинают свое развитие
с одной клетки.
В своей книге «Происхождение жизни» Опарин не придерживался этой мысли.
Но позднее, в 1936 г., он уже писал: «И в настоящее время присутствие свободного
кислорода в первоначальной земной атмосфере считается очень маловероятным».
Не подлежит никакому сомнению, что молекулярный кислород, который мы наблюдаем в современной нам атмосфере, образовался вторично, значительно позднее
разбираемой нами эпохи благодаря жизнедеятельности организмов.
Эти взгляды получили мощную поддержку со стороны астрономии и химии.
Бескислородная атмосфера, состоящая из метана и аммиака, была обнаружена
спектральными методами на Юпитере и Сатурне.
Если Земля когда-то имела атмосферу такого состава, то более сложные соединения должны были образовываться из этих двух газов (т.е. из метана и аммиака). Источником энергии служило ультрафиолетовое излучение Солнца, проходящее
через эти газы, прозрачные для коротковолнового излучения.
Современная атмосфера Земли задерживает коротковолновую часть солнечного спектра, так как присутствующий в атмосфере кислород под действием ультрафиолетовых лучей превращается в озон, эффективно поглощающий ультрафиолетовые лучи. Теперь можно ответить на вопрос, почему жизнь в настоящее время не
зарождается на Земле самопроизвольно. Дело здесь в отсутствии необходимых для
этого ультрафиолетовых лучей. Возможность повторного возникновения жизни на
Земле исключена.
Большое количество данных говорит о том, что средой возникновения жизни
могли быть прибрежные районы океанов и морей. Именно здесь, на стыке моря,
воздуха и суши создавались хорошие условия для образования сложных органических соединений. Например, растворы некоторых органических веществ (спиртов,
сахаров) могут существовать неограниченно долгое время.
В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться так называемые коацерваты или коацерватные капли — сгустки, похожие на
водные растворы желатина. Коацерваты способны поглощать различные вещества.
Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, происходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.
Коацерваты проявляют внешнее сходство с такими признаками живых организмов, как рост и обмен веществ с окружающей средой, однако это еще не живые
26
существа. Поэтому возникновение коацерватов рассматривают как стадию развития
преджизни (рис. 5).
Рис. 5. Образование коацерватной капли
Коацерваты претерпели длительный отбор на устойчивость структуры, которая была достигнута вследствие создания ферментов, контролирующих синтез тех
или иных соединений.
Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению,
стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот.
Так возникло главное свойство, характерное для жизни, - способность к воспроизводству подобных себе молекул. Хотя эту гипотезу происхождения жизни признают очень многие ученые, астроном Ф. Хойл недавно высказал мнение, что мысль
о возникновении живого в результате описанных выше случайных взаимодействий
молекул «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести к сборке Боинга-747».
Один из классических экспериментов по доказательству данной теории был
проведен в Чикагском университете в 1953 г. С. Миллером совместно с Г. Юри (рис.
6). Они пропускали электрическую искру через смесь метана, аммиака, водорода и
паров воды, представлявших собой компоненты первичной атмосферы Земли. В пятилитровый сосуд были помещены электроды, а разряд вызывался с помощью небольших трансформаторов Тесла. Поток пара от кипящей воды обеспечивал в системе циркуляцию газовой смеси.
Эксперимент продолжался в течение недели, после чего воду, в которой образовались органические вещества, подвергли анализу. Результаты превзошли все
ожидания. Оказалось, что таким образом был синтезирован ряд веществ, имеющих
отношение к жизни. Среди них были найдены четыре аминокислоты, свойственные
обычно белкам: глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Найдены
некоторые простейшие жирные кислоты, а также муравьиная, уксусная. Кроме того,
обнаружена мочевина — вещество, играющее важную роль в биологических процессах.
27
Рис. 6. Схема экспериментальной установки Стэнли Миллера
Современная теория возникновения жизни на Земле, называемая теорией
биопоэза, была сформулирована в 1947 г. английским ученым Дж. Берналом. Он
выделил три стадии биопоэза.
Первая стадия соответствует возрастанию сложности молекул и молекулярных систем, которым суждено было в конечном счете включиться в живые системы.
На первой стадии произошло формирование предорганизменных молекул из метана, аммиака и воды. Эти газы обнаруживаются в молекулярной форме в космическом пространстве (в более холодных частях Вселенной) и сейчас. Первая стадия
могла осуществиться во многих местах, из них нам достоверно известны только
Земля и метеориты астероидного происхождения. Таким местом могло быть и первичное пылевое облако.
На второй стадии из компонентов опаринского «первичного бульона», состоявшего главным образом из только что упомянутых молекул, а также из более сложных молекул, образовывались полимеры путем соединения в линейном порядке
сходных или идентичных мономеров. На какой-то решающей стадии в процессе эволюции таких полимеров, являющихся, по-видимому, более простыми аналогами существующих ныне нуклеиновых кислот и белков, должен был возникнуть механизм
строгой репродукции и репликации, который рассматривается многими биологами
как важная отличительная особенность самой жизни. Пока что ученые могут лишь
логически реконструировать те процессы, которые могли бы привести к этому в
условиях, по-видимому, существовавших в то время на Земле, т.е. в присутствии
воды в свободном состоянии, а также молекул газов и ионов металлов в растворе.
Трудно представить себе, чтобы все это могло происходить на таких безводных
небесных телах, как Луна, или тем более на метеоритах астероидного происхождения, содержащих воду лишь в виде льда.
На третьей стадии, которая, по-видимому, связана со второй стадией постепенными переходами, происходит образование из описанных выше элементов
(путем биохимических и структурных превращений) самых простых, какие только
можно себе представить, организмов. Это предполагает образование таких специализированных компонентов клетки, как митохондрии, рибосомы, различные мембраны, органеллы, ответственные за форму, структуру и функционирование клетки. Из
этих элементов и были построены самые первые примитивные клетки - самые простые самостоятельные формы жизни. Еще более мелкие и простые современные
организмы - вирусы - способны только к паразитическому существованию; весьма
вероятно, что эта форма жизни — лишь результат дегенерации клетки.
Согласно теории биопоэза, космос — химически весьма благоприятная среда
для возникновения сложных органических соединений. Весьма вероятно, как предположил Дж. Бернал, поверхностные свойства твердых тел, соприкасавшихся с во28
дой, имели немаловажное значение для возникновения жизни на Земле и для ее
развития на ранних стадиях. Еще ранее эта мысль была четко сформулирована и
развита микробиологом Н.Г. Холодным. Общеизвестно, что организмам гораздо легче жить на поверхности раздела сред, особенно если одна из сред твердая. Но и на
границе воздух — вода (в стоячих лужах и болотах) довольно обильно развиваются
микроорганизмы. Позже В. Флоровская и ее сотрудники пришли к выводу: самые
сложные соединения добиологической эволюции материи должны создаваться на
твердой поверхности в тонкой пленке воды, насыщенной органическим веществом,
при быстром падении температуры. И еще одно условие: внезапное облучение на
конечной стадии синтеза ультрафиолетовыми лучами. В этот момент могут образоваться не только порфирины - родственники гемоглобина и хлорофилла, но и белок.
А на самой конечной стадии — сополимер, гигантская молекула, объединяющая в себе белок и порфирин. Флоровская назвала сополимер «эмбрино».
Таким образом, гипотез о возникновении жизни на Земле выдвинуто очень
много, однако большинство из них порождают больше вопросов, чем ответов. Многие из них основаны на домыслах. Знания в данной области с каждым днем обновляются и так же быстро успевают устаревать.
4.2.
Этапы эволюции
Эволюция состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции.
Согласно сложившимся представлениям (Кальвин, 1971; Камшилов, 1979; Грант,
1980) последовательность основных этапов такова:
Добиотическая эволюция
1. Образование планеты и ее атмосферы. Первичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала водород, азот, пары
воды, метан, аммиак, инертные газы, возможно, окись углерода, цианистый водород,
формальдегид и другие простые соединения.
2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее
постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жидкая вода,
формируется гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах. Благодаря явлению автокатализа происходят отбор и рост молекул.
3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений C, H, О, N за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений.
4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные
реакции, зародыш биотического круговорота биосферы. Дальнейшее усложнение
органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации; возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.
Биотическая эволюция
5. Возникновение жизни. Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток,
способных к делению, - сперва хемоавтотрофных прокариот, затем эукариот. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живого вещества.
6. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода обусловливает постепенный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных ор29
ганизмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению
биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие
все уровни трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости
биотического круговорота.
7. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты
все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая
функция биосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды
вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и
уравновешивается ее средорегулирующей функцией.
8. Появление человека — лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших (по мерам биосферы) потоков вещества и энергии нарушают замкнутость биотического
круговорота, вызывают антропогенные экологические кризисы и становятся негативным фактором эволюции биосферы.
4.3.
Краткая история развития жизни на Земле
Планета Земля сформировалась, по данным расчетов, сделанных на основании как космологических, так и палеогеологических данных, 4,8-5,0 млрд. лет назад.
Современные данные свидетельствуют, что жизнь на Земле существовала уже 3,9
млрд. лет тому назад.
Архейская эра, исчисляющаяся с момента возникновения Земли, продолжалась около 2 млрд. лет. С появлением жизни возникла первичная биосфера, экосистемы которой, состоявшие из единственного уровня консументов, потреблявших
первичное органическое вещество абиогенного происхождения, были предельно
просты. Атмосфера и водная среда сохраняли восстановительный характер, свободный кислород практически отсутствовал. До обнаружения микроископаемых считалось, что архейские отложения лишены следов жизни, что и отличает их от отложений следующей, протерозойской эры, которая началась примерно 2,6 млрд. лет
назад и продолжалась также 2 млрд. лет. В начале протерозоя, примерно 2,2-2,3
млрд. лет назад, возник фотосинтез, что подтверждается находками окаменелостей, определяемых как сине-зеленые «водоросли», и признаками появления свободного кислорода, о чем говорят палеогеохимические данные.
Существует гипотеза неорганического происхождения свободного кислорода
в атмосфере Земли. Согласно этой гипотезе, существование в верхних слоях атмосферы процесса разложения молекул воды на водород и кислород под действием
жестких космических излучений должно иметь следствием постепенную утечку легкого, подвижного водорода в космическое пространство и накопление в атмосфере
свободного кислорода, что без всякого участия жизни должно восстановительную
первичную атмосферу планеты превратить в окислительную. По расчетам, этот процесс мог за 1-1,2 млрд. лет создать на Земле окислительную атмосферу. Но он
неизбежно идет и на других планетах Солнечной системы, причем в течение всего
времени их существования, а это примерно 4,5 млрд. лет. Тем не менее, ни на одной планете нашей системы, кроме Земли и, с несравненно меньшим содержанием
кислорода, Марса, практически нет свободного кислорода и до сих пор их атмосферы сохраняют восстановительные свойства. Очевидно, и на Земле этот процесс мог
повысить содержание оксидов углерода и азота в атмосфере, но не настолько, чтобы сделать ее окислительной. Так что наиболее правдоподобной остается гипотеза
органического происхождения свободного кислорода, связывающая его наличие на
Земле с деятельностью фотосинтезирующих организмов.
С появлением фотосинтетиков-продуцентов сформировались более сложные,
двухуровневые экосистемы. Уровень редуцентов — микроорганизмов, завершающих
распад органического вещества, можно считать входящим в уровень консументов,
30
так как они используют в качестве пищи готовые органические вещества. К концу
протерозойской эры появились многочисленные формы животных, имеющих скелеты. Если это действительно означало появление хищничества как способа питания,
то можно считать, что с наступлением палеозойской эры, 600 млн. лет назад, стала
складываться биосфера современного типа, состоящая из многоуровневых экосистем наибольшей сложности.
В течение первых двух периодов этой эры — кембрийского, длительностью 70
млн. лет, и ордовика, длительностью около 60 млн. лет, жизнь развивалась в море,
постепенно проникая в пресные воды. В ордовике появился и высший тип животных
— позвоночные, которые были представлены дальними родственниками современных круглоротых — миног и миксин — панцирными бесчелюстными. К концу ордовика
в результате газообмена между атмосферой и богатым жизнью океаном в верхних
слоях атмосферы накопилось достаточно кислорода, чтобы образовался озоновый
экран. В следующем, силурийском периоде (начало — 425 млн. лет назад, продолжительность — 30 млн. лет) в морях и пресных водах появились челюстноротые позвоночные — хрящевые (их современные представители — акулы и скаты) и костные рыбы, среди которых было много активных хищников. Но главным событием силура
стал выход жизни на сушу.
По-видимому, вначале одноклеточные водоросли, поселившись на влажных
грунтах у берегов водоемов, явились основой возникновения первичной почвы.
Очень скоро она оказалась населена мелкими роющими беспозвоночными, для которых переход от жизни в толще ила к жизни во влажной почве не требовал накопления множества новых признаков, поскольку физико-химические свойства новой
среды мало отличались от прежних, и не был поэтому слишком труден. На первичной почве смогли закрепиться первые наземные многоклеточные растения, в частности псилофиты, происходившие от каких-то высших водорослей, которые были
приспособлены к суровой жизни в приливно-отливной зоне. Эволюция морских животных продолжалась, но поскольку суша была новой для жизни средой, наиболее
интересные и яркие события, начиная с девонского периода, продолжавшегося 60
млн. лет, происходили отныне именно на суше.
В это время на огромных пространствах прежде безжизненной суши появились заросли древних плаунов и папоротников, создававшие огромные запасы органического вещества. Этот новый источник пищи стимулировал образование новых
видов животных, осваивавших не только наземную, но и воздушную среду. Появившиеся в девоне насекомые к началу следующего, каменноугольного периода, или
карбона, продолжавшегося 70 млн. лет, дали уже множество крылатых форм. В карбоне огромные площади суши были покрыты лесами древовидных папоротников,
хвощей и плаунов, эволюция которых привела к появлению семенных папоротников,
а затем и голосеменных растений, в частности хвойных.
Появившиеся еще в девоне первые наземные позвоночные, земноводные, в
карбоне достигли своего расцвета, дав наибольшее за всю историю этого класса
число видов самой разной специализации. Наименее специализированные виды оттеснялись в маловодные, неблагоприятные для жизни амфибий места. Их эволюция
пошла по пути выработки приспособлений к перенесению сухости воздуха и размножению в условиях недостатка или отсутствия воды, что привело в конце карбона к
появлению пресмыкающихся. Наиболее важными их отличиями от земноводных стали экономный водообмен и сухая, мало испаряющая воду кожа, а также размножение крупными яйцами, в которых эмбрион развивался в «собственном море», созданном зародышевыми оболочками.
В следующем, пермском, периоде, продолжавшемся 55 млн. лет, произошла
биосферная катастрофа. В это время активизация горообразовательных процессов привела к существенным изменениям климата, который стал более контрастным. Климат пермского периода был близок к современному.
31
Площади вечно влажных и теплых лесов карбона неумолимо сокращались,
появились обширные холодные зоны, которые зарастали хвойными, и образовались
большие засушливые и пустынные территории, в освоении которых рептилиям не
оказалось равных. На смену царству папоротникообразных и амфибий пришло царство голосеменных и рептилий. И те, и другие не нуждались в капельно-жидкой воде
для размножения, что и позволило им освоить засушливые территории пермского
периода, заселив обширные пространства, освободившиеся от прежних «владык
мира».
Следующая, мезозойская, эра началась 230 млн. лет назад и продолжалась
около 160 млн. лет. Три ее почти равных по длительности периода, триасовый, юрский и меловой, были временем расцвета рептилий, давших очень много форм,
включая царивших на суше, в море и в воздухе динозавров, плезиозавров, ихтиозавров, птерозавров. Они достигли очень высокого уровня специализации, и это обрекало их на исчезновение при изменении условий жизни. Менее удачливая на первых
порах линия эволюции, которая в перми дала группу зверозубых рептилий, в течение мезозоя эволюционировала «в тени» царивших в мире динозавров и, совершенствуя приспособления к неблагоприятным условиям, необычайно развила обоняние
и слух, ценой потери цветного зрения повысила его остроту. Перейдя преимущественно на ночной образ жизни, эти животные выработали биохимические и физиологические механизмы поддержания постоянной температуры тела, чему способствовало появление шерстного покрова, перешли к живорождению и выкармливанию детенышей молоком. Так еще в конце триасового периода появились млекопитающие.
Их час настал, когда биосферная катастрофа мелового периода, сопровождавшаяся широким распространением появившихся еще в юре цветковых растений
и массовым вымиранием динозавров, расчистила жизненную сцену. Последняя,
кайнозойская, эра, начавшаяся чуть больше 60 млн. лет назад, стала царством покрытосеменных (цветковых) растений, млекопитающих и птиц, которые возникли
в юрском периоде мезозоя.
Конечно, не все группы растений и животных столь драматично сменяли друг
друга на поверхности суши и тем более в океане, где условия жизни более стабильны. Например, насекомые, возникнув в конце девона, около 350 млн. лет назад, как
класс успешно пережили все биосферные катастрофы, хотя на уровне отрядов и семейств имеют не менее бурную историю, чем позвоночные на уровне классов. В
океанских водах, где при почти любых изменениях климата Земли практически всегда остаются значительные акватории, в которых режимы температуры, солености,
освещенности остаются достаточно стабильными, многие группы живых организмов
сохраняют свои позиции в экосистемах в течение сотен миллионов лет. Так, например, водоросли по числу видов, по-видимому, почти не изменяли своего разнообразия не только в течение всех 600 млн. лет фанерозоя, но и в последние сотни млн.
лет криптозоя, или докембрия. Хорошо сохраняющиеся в отложениях раковинки
простейших — фораминифер и радиолярий — говорят о том, что эти группы, появившиеся одна в начале, другая — в конце кембрия, в течение 500-600 млн. лет практически не уменьшали своего разнообразия, а брюхоногие моллюски, появившись в
самом начале кембрия или еще в конце протерозоя, в течение всего времени своего
существования его устойчиво повышали.
Примеров быстрого эволюционного развития, сменяющегося угасанием или
полным исчезновением той или иной группы, как и примеров удивительного «долголетия» других, в истории эволюции жизни на Земле более чем достаточно.
В экосистемах даже очень высокого уровня сложности всегда находятся экологические ниши, устойчиво сохраняющиеся при всех преобразованиях экосистем. А
удовлетворительно «подогнанная» к данной экологической нише группа организмов
имеет перед эволюционно молодыми конкурентами преимущество более совершенной приспособленности в силу хотя бы длительной специализации. Поэтому эволю32
ция видов и эволюция экосистем не являются простым отражением друг друга. Развивающаяся экосистема включает и виды, занимающие стабильные экологические
ниши, и виды, с большим или меньшим успехом осваивающие новые ниши, создавая
их своей эволюцией и тем самым меняя состояние экосистемы. При этом могут меняться преимущественные направления эволюции отдельных групп или видов, так
называемые «векторы эволюции», почему многие авторы видят в экосистемах «машины эволюции». Процесс эволюционного совершенствования экосистем развивается тем более успешно, чем выше уровень биологического разнообразия, которое
само возрастает при этом за счет эволюции видов — вот что составляет, по-видимому, основное содержание эволюции форм живого вещества и биосферы в целом.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Перечислите основные теории происхождения жизни.
В чем состояла суть противоположных течений — биогенеза и абиогенеза?
Опишите опыт Луи Пастера. Что он доказал?
Какой теории происхождения жизни придерживался В.И. Вернадский?
Основные положения теории биохимической эволюции по А.И. Опарину.
Охарактеризуйте этапы добиотической и биотической эволюции.
Как развивалась жизнь в архее, протерозое и палеозое?
Краткая история развития жизни в мезозойскую и кайнозойскую эры.
33
Глава 5. МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ
5.1. Синергетика биосферы
Все виды гомеостаза, наблюдаемого в живых организмах и экосистемах, не
являются статическими, а достигаются за счет непрерывно протекающих процессов,
активно препятствующих любой тенденции к нарушению этого постоянства. Устойчивость всего живого есть непрерывная борьба за существование. Ключевое положение в понимании законов развития окружающего мира приобретает теория открытых систем (синергетика).
Законы развития живой и косной материи описываются двумя противоположными теориями — это классическая термодинамика и эволюционное учение Ч. Дарвина. Обе теории отражают единую физическую реальность, но соответствуют различным ее проявлениям.
Согласно второму началу термодинамики, если рассматривать Вселенную
как закрытую систему, она идет к своей неизбежной дезинтеграции, так как запас
полезной энергии, приводящей мировую машину в движение, рано или поздно будет
исчерпан. Если запас полезной энергии в системе тает, то ее способность поддерживать организованные структуры ослабевает. Высокоорганизованные структуры
распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. Мера внутренней неупорядоченности системы - энтропия растет. Второе начало термодинамики предсказывает все более однородное будущее окружающего мира.
Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, находящуюся в неравновесном состоянии и обменивающуюся веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Временной ход развития
биосферы отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм организмов и образуемых ими сообществ; развитие живой материи
идет от низших форм к высшим.
Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью
открытых систем к самоорганизации — одно из крупнейших достижений современной
физики. Теория термодинамики открытых систем переживает бурное развитие. Г.
Хакен (1994) предложил назвать эту область исследований синергетикой (от греч.
sinergos — совместный, согласованно действующий). Термодинамика открытых систем изучает существенно неравновесные процессы. В их описании ключевую роль
играет понятие возрастания энтропии системы за счет процессов, происходящих
внутри нее. Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, получили
название диссипативных. Выдающаяся роль в развитии данного направления принадлежит И.Р. Пригожину (1986, 1994).
Пригожин противопоставляет закономерности развития замкнутых детерминированных систем и открытых неустойчивых неравновесных, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе. По Пригожину,
замкнутые системы составляют лишь малую долю физической Вселенной. Большинство же систем, в том числе все географические и экологические системы, открыты. Они обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Открытый характер большинства систем наводит на мысль, что реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок: главенствующую роль в
окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность.
Пригожин отмечает, что открытые системы непрерывно флуктуируют. Иногда
отдельная флуктуация или их комбинация может стать (в результате положительной
34
обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не
выдерживает и разрушается. В этот переломный момент, в точке бифуркации,
принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить
дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет
на новый, более высокий уровень организации.
Диссипативные системы для поддержания своего функционирования требуют
больше энергии, чем более простые структуры, на смену которым они приходят. При
этом Пригожин подчеркивает возможность спонтанного возникновения порядка и
организованности из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.
Строение живой материи существенно отличается от строения мертвой не
только чрезвычайно сложной структурой, но и способностью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количестве, необходимом для самосохранения и саморазвития, что достигается путем создания таких элементов материи, которые способны (Струминский, 1995):

черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе их зарождения, развития и жизни;

стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную
энергию для парирования роста энтропии;

образовывать новые элементы живой материи, используя питательную среду
для дополнительного парирования роста энтропии;

в питательной среде сохранять информацию о структуре живых элементов, об
их наследственности и т.п. за счет использования свободной энергии из окружающей среды.
Рассмотренные положения позволяют по-новому оценить механизмы устойчивости биосферы. Очевидно, что при существующих космических и земных предпосылках живое вещество биосферы способно продолжать свое «давление» на внешние оболочки Земли и потенциал этого давления отнюдь не ослабевает. Антропогенный фактор, вызывающий деструкцию биосферы, следует рассматривать как
флуктуацию, вызванную популяционным взрывом, который по законам регулирования неизбежно будет элиминирован. Система «общество — природа», следуя теории
Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не будет означать ее хаотического состояния. Бифуркация - это импульс к развитию биосферы по новому, неведомому пути. Какое место
займет в нем человеческое общество — это предмет специальных исследований.
Всякое отклонение от стационарного состояния вызывает такие процессы, которые возвращают систему в исходное состояние. В физической химии это положение обосновывается законами термодинамики и носит название принципа тормозящего противодействия Ле-Шателье. Общая теория систем распространяет его
на любые системы, именуя обобщенным принципом Ле-Шателье: всякая система
подвижного равновесия стремится измениться таким образом, чтобы эффект внешнего воздействия был минимальным.
Рассмотрим движущие силы, которые поддерживают биосферу в устойчивом
состоянии, - это динамика популяций, реализация разных жизненных стратегий организмов и занимаемых ими экологических ниш, сукцессии сообществ, функции живого вещества, биотические круговороты, соблюдение принципа экологической эквивалентности.
5.2. Динамика популяций
Сохранность того или иного вида в сообществе основана на постоянной борьбе жизни и смерти. Популяция вида жизнестойка, если существует равномерный поток особей, протекающий через все возрастные классы данной популяции от рождения до биологической старости. Если смертность будет превышать численность
35
приходящих на смену старым молодых видов, популяция деградирует; если количество молодых видов будет превышать смертность - популяция будет распространяться и вытеснять другие виды.
Устойчивость биосферы основана на постоянной экспансии живого вещества,
борьбе за существование и вытекающем из нее естественном отборе, охватывающем не только отдельные организмы, но и целые популяции, сообщества, а в конечном счете биогеоценотический покров всей Земли. При ухудшении биотических и
абиотических условий среды в популяции могут сохраниться только те особи, которые генетически лучше приспособлены к суровому природному окружению. Иными
словами, начинает действовать классический механизм естественного отбора по
Дарвину.
Неограниченный экспоненциальный рост популяции подобен взрыву, он приводит к истощению и полному разрушению ресурсов среды. В основе существования
любой популяции, подчеркивает Р. Уиттекер (1980), лежит конфликт между свойственной организму тенденцией увеличивать свою численность и разнообразными
ограничениями, которые препятствуют такому увеличению. Если система не получает постоянной подпитки необходимыми ресурсами извне, устойчивое состояние может быть достигнуто только при условии равных значений рождаемости и смертности особей.
Пусть N — численность популяции, t — время. Тогда отношение dN/dt означает
скорость изменения численности во времени, пропорциональна N, т.е. dN/dt = rN, где
r константа — врожденная скорость роста численности популяции, связанная с максимальной скоростью размножения особей данного вида. Чем выше скорость размножения, тем больше значение r.
В благоприятной среде условия для роста популяции оптимальны и наблюдается экспоненциальный рост. Кривая такого роста — это экспоненциальная, или логарифмическая (J-образная) кривая. Экспоненциальная кривая выражает так называемый биотический потенциал. Это рост, не зависящий от плотности. Если r положительна, численность популяции увеличивается экспоненциально, если r отрицательна — уменьшается экспоненциально. Но постепенно достигается такая точка,
когда по нескольким причинам (уменьшение пищевых ресурсов и др.) экспоненциальный рост становится невозможным. Он начинает замедляться так, что кривая роста приобретает сигмоидную (S-образную) форму, которую называют логистической кривой роста. Уравнение логистической кривой отличается от уравнения биотического потенциала корректирующим фактором: (K-N)/K, где К - максимальное число особей, которое может поддерживаться в данных условиях среды.
Если N > K, скорость роста отрицательна. K > N, скорость роста положительна, величина популяции стремится к N = K, т.е. приводится в соответствие с поддерживающей емкостью среды. Пространство, заключенное между биотическим потенциалом и логистической кривой роста, представляет собой сопротивление среды (рис.
7).
Когда популяция прекращает расти, ее плотность обнаруживает тенденцию к
флуктуациям относительно верхнего уровня роста. Такие флуктуации могут возникать либо в результате изменений физической среды, вследствие чего повышается
или снижается верхний предел численности, либо в результате внутрипопуляционных взаимодействий, либо, наконец, в результате взаимодействия с соседними популяциями. После того, как верхний предел численности популяции (К) окажется достигнутым, плотность может некоторое время оставаться на этом уровне или сразу
резко упасть (рис. 8, кривая 1). Это падение окажется еще резче, если сопротивление среды увеличивается не постепенно, по мере роста популяции, а проявляется
внезапно (рис. 8, кривая 2).
36
Время
Рис. 7. Экспоненциальная (а) и логистическая (б) кривые роста
популяции
Заштрихованная площадь — сопротивление среды
В таком случае популяция будет реализовывать биотический потенциал. Однако экспоненциальный рост не может происходить долго. Когда экспонента достигает парадоксальной точки стремления к бесконечности, как правило, происходит
качественный скачок - быстрое увеличение численности сменяется массовым отмиранием клеток или гибелью особей. Пример подобных флуктуаций — вспышка размножения насекомых, сменяемая массовой их гибелью; размножение и гибель водорослей («цветение» водоемов). Возможна и такая ситуация, при которой численность популяции «перескакивает» через предельный уровень (рис. 8, кривые 3, 4),
если питательные вещества и другие, необходимые для жизни факторы, накоплены
еще до начала роста популяции. Этим, в частности, можно объяснить, почему новые
пруды и озера часто богаче рыбой, чем старые.
Время
Рис. 8. Различные типы флуктуации плотности популяции
37
Существует два основных типа колебаний численности популяций. При первом типе периодические нарушения среды, такие как пожары, наводнения, ураганы и
засухи, часто приводят к катастрофической, не зависящей от плотности, смертности.
Так, численность популяции однолетних растений и насекомых обычно быстро растет весной и летом, а с наступлением холодной погоды резко сокращается. Популяции, рост которых дает регулярные или случайные всплески, называются оппортунистическими. Другие популяции, так называемые равновесные (свойственные многим позвоночным), обычно находятся в состоянии, близком к состоянию равновесия
с ресурсами, а значения их плотности гораздо более устойчивы.
Во временном отношении колебания численности популяции бывают непериодическими и периодическими. Последние можно разделить на колебания с периодом в несколько лет и сезонные колебания. Непериодические флуктуации носят
непредвиденный характер.
Известно три типа зависимости численности популяции от ее плотности (рис.
9). При первом типе (кривая 1) скорость роста популяции уменьшается по мере увеличения плотности. Это широко распространенное явление позволяет понять, почему популяции некоторых животных относительно устойчивы. Во-первых, при увеличении плотности популяции наблюдается снижение рождаемости. Так, в популяции
большой синицы при плотности меньше одной пары на 1 га на одно гнездо приходится 14 птенцов; когда же плотность достигает 18 пар на 1 га, выводок составляет
менее 8 птенцов. Во-вторых, при увеличении плотности популяции меняется возраст
наступления половой зрелости. Например, африканский слон в зависимости от
плотности популяции может достигать половой зрелости в возрасте от 12 до 18 лет.
Кроме того, этот вид при низкой плотности дает приплод 1 слоненок за 4 года, тогда
как при высокой - рождаемость составляет 1 слоненок за 7 лет.
Плотность популяции
Рис. 9. Три типа зависимости роста популяции от плотности
При втором типе зависимости (кривая 2) темп роста популяции максимален
при средних, а не при низких значениях плотности. Так, у некоторых видов птиц
(например, чаек) число птенцов в выводке увеличивается с повышением плотности
популяции, а затем, достигнув наибольшей величины, начинает уменьшаться. Этот
тип влияния плотности популяции на скорость размножения особей характерен для
видов, у которых отмечен групповой эффект. При третьем типе (кривая 3) темп роста
популяции не изменяется до тех пор, пока она не достигнет высокой плотности, затем резко падает. Подобная картина наблюдается, например, у леммингов. При пике
численности плотность леммингов становится избыточной, и они начинают мигрировать. Ч. Элтон так описал миграции леммингов в Норвегии: «Животные проходили через деревни в таком количестве, что собаки и кошки, которые вначале нападали на них, просто перестали их замечать. Достигнув моря, обессиленные лемминги, тонули».
38
Регуляция численности равновесных популяций определяется преимущественно биотическими факторами. Среди них главным фактором часто оказывается
внутривидовая конкуренция. Внутривидовая конкуренция может быть причиной физиологического эффекта, известного под названием шоковой болезни. Его отмечают,
в частности, у грызунов. Когда плотность популяции становится слишком большой,
шоковая болезнь приводит к снижению плодовитости и увеличению смертности, что
возвращает плотность популяции к нормальному уровню,
У некоторых видов животных взрослые особи питаются собственным приплодом. Это явление, известное как каннибализм, снижает численность популяции.
Каннибализм свойствен, например, окуням: в озерах Западной Сибири 80% пищи
крупных особей составляет молодь того же вида. Молодь, в свою очередь, питается
планктоном. Таким образом, когда нет других видов рыб, взрослые особи живут за
счет планктона.
Межвидовые взаимодействия также играют существенную роль в контроле
плотности популяции. Взаимодействия «паразит-хозяин» и «хищник-жертва» часто
зависят от плотности. Болезни также являются фактором, принимающим участие в
регуляции плотности популяции. Когда кролики болеют миксоматозом, вызываемым
вирусом, распространение инфекции идет гораздо быстрее в популяциях с повышенной плотностью.
Хищничество как ограничивающий фактор само по себе имеет большое значение. Причем если влияние жертвы на численность популяции хищника не вызывает сомнений, то обратное воздействие, т.е. на популяцию жертвы, бывает не всегда.
Во-первых, хищник уничтожает больных животных, тем самым он улучшает средний
качественный состав популяции жертвы. Во-вторых, роль хищника ощутима только
тогда, когда оба вида обладают приблизительно одинаковым биотическим потенциалом. В противном случае из-за низкого темпа размножения хищник не в состоянии
ограничить численность своей жертвы. Например, только одни насекомоядные птицы не могут остановить массовое размножение насекомых. Иными словами, если
биотический потенциал хищника намного ниже биотического потенциала жертвы,
действие хищника приобретает постоянный характер, не зависящий от плотности его
популяции.
Таким образом, в биосфере действует многозвенная буферная система регулирования численности популяции под воздействием биотических факторов, степень влияния которых зависит от плотности популяции. В реальной ситуации данный
параметр зависит от большого числа факторов, в частности и тех, которые не оказывают регулирующего воздействия на плотность популяции по принципу обратной
связи.
5.3. Жизненные стратегии
К механизмам устойчивости сообществ относится также и то, что популяции
представлены видами с различной жизненной стратегией, т.е. с особыми приспособлениями, обеспечивающими им возможность обитать совместно с другими
организмами и занимать определенную экологическую нишу в соответствующем
биоценозе (Работнов, 1980).
Л.Г. Раменский (1938) первым выделил три фитоценотипа:
1) виоленты — львы — сильные конкуренты, способные захватывать место и
удерживать его за собой благодаря энергии жизнедеятельности и полноте использования среды; 2) патиенты — верблюды — виды, способные довольствоваться незначительным количеством ресурсов и быть устойчивыми к суровым условиям среды; 3)
эксплеренты — шакалы — слабые конкуренты, способные временами взрывообразно
резко повышать свое участие в ценозах, но доминирующие относительно непродолжительное время (таблица 8).
39
Таблица 8 — Сравнительная характеристика типов стратегий растений
Признак
Абиотические условия среды
Наличие нарушений
Уровень
взаимоотношений
растений
Жизненная форма
виолент (C)
Благоприятные
Нет
Высокий
Деревья,
кустарники, реже
травы
мезоморфного облика с широким
простиранием в
пространстве,
мощной корневой системой и
большой листовой
поверхностью
Способ регуляции плотности Зависимостью
популяции
от смертности
Тип возрастного состава по- Нормальный
пуляции
(реже инвазионный или регрессивный)
Наличие банка семян
Нет
Наличие банка проростков
Есть
Тип реагирования на стресс
Морфологический
Экологическая ниша
Широкая;
по
объему реализованная ниша
близка к фундаментальной,
дифференциация ниш выражена хорошо
Тип стратегии
патиент (S)
Неблагоприятные
Нет
Низкий
эксплерент (R)
Благоприятные
Есть
Высокий
Небольшие растения, кустарнички, деревья, многолетние
травы
ксероморфного
облика, однолетние и многолетние суккуленты,
лишайники, мхи
Однолетние
травы,
реже
многолетние
травы с интенсивным вегетативным
размножением
Зависимостью от
абиотического
стресса
Нормальный (реже инвазионный
или
регрессивный)
Нет
Нет
Физиологобиохимический
Узкая; по объему
реализованная
ниша приближается к фундаментальной, дифференциация
ниш
не выражена
Пластичностью
популяции
Инвазионный
Есть
Нет
Морфологический
Широкая;
по
объему реализованная ниша
много меньше
фундаментальной, дифференциация
ниш слабая
Система эколого-ценотических стратегий растений Э. Пианки (1981), получившая широкое распространение в экологии, включает два типа стратегий, сформировавшихся под давлением К- и r-отборов (таблица 9). К-стратегия определяется
энергетическими затратами на поддержание жизнедеятельности взрослых особей; rстратегия — затратами на размножение. К-стратеги приурочены к более или менее
стабильным условиям среды, обладают равновесными популяциями и приспособлены к условиям острой конкуренции. Это многолетние растения с медленным развитием и жизненной формой от трав до деревьев. r-стратеги, напротив, предпочитают нестабильные местообитания и характеризуются неравновесными популяциями.
Это, как правило, одно-, малолетние травянистые растения с высокой репродуктивной активностью.
40
Таблица 9 — Характерные особенности r- и К-видов
r-виды (виды-оппортунисты)
Размножаются быстро (высока плодовитость, время генерации короткое), поэтому значение r (врожденная скорость роста популяции) высокое
Скорость размножения не зависит от
плотности популяции
К-виды (с тенденцией к равновесию)
Размножаются медленно (низкая плодовитость, продолжительное время генерации), поэтому значение r низкое
Скорость размножения зависит от
плотности популяции, быстро увеличивается, если плотность падает
Энергия и вещество распределяются Энергия и вещество концентрируются
между многими потомками
в немногих потомках; родители заботятся о потомстве
Размеры популяции некоторое время мо- Размеры популяции близки к равногут превышать К (поддерживающую ем- весному уровню, определяемому К
кость среды)
Вид не всегда устойчив на данной терри- Вид устойчив на данной территории
тории
Расселяются широко и в больших коли- Расселяются медленно
чествах; у животных может мигрировать
каждое поколение
Размножение идет с относительно боль- Размножение идет с относительно машими затратами энергии и вещества
лыми затратами энергии и вещества;
большая часть энергии и вещества
расходуется на нерепродуктивный (вегетативный) рост
Малые размеры особей
Крупные размеры особей; у растений
деревянистые стебли и большие корни
Малая продолжительность жизни особи
Большая продолжительность жизни
особи
Могут поселяться на открытом грунте
Плохо приспособлены к росту на открытых местах
Местообитания сохраняются недолго Местообитания устойчивы и сохраня(например, зрелые фрукты для личинок ются долго, например, лес для обезьян
дрозофилы)
Слабые конкуренты (способность к конку- Сильные конкуренты
ренции не требуется)
Защитные
приспособления
развиты Хорошие защитные механизмы
сравнительно слабо
Не становятся доминантами
Могут становиться доминантами
Лучше приспособлены к изменениям Менее устойчивы к изменениям услоокружающей среды (менее специализи- вий окружающей среды (высокая сперованные)
циализация жизни в устойчивых местообитаниях)
Примеры: бактерии, тли, мучные хруща- Примеры: крупные тропические бабочки, однолетние растения
ки, кондор (крупная хищная птица),
альбатрос, человек, деревья
Э. Пианка отмечает относительность разделения всех видов на два типа
стратегий, подчеркивая, что «мир не окрашен только в черное и белое и крайние варианты, как правило, связаны гаммой переходов» (1981). Если, скажем, положение
однолетних рудералов как типичных г-стратегов не вызывает сомнений, то белая
полынь, несмотря на то, что является соэдификатором зональных типов полупу41
стынных сообществ Северо-Западного Прикаспия, занимает переходное положение,
так как наряду с признаками К-стратега она обладает несомненными свойствами гстратега.
Б.М. Миркин (1983), осуществив синтез классификаций эколого-ценотических
стратегий у растений, разработанных Л.Г. Раменским (1938), Т.А. Работновым
(1975, 1980), Дж. Граймом (Grime, 1979), Р. Уиттекером (1980), Э. Пианки (1981),
предложил систему из пяти первичных стратегических типов: 1) патиенты экотопические - переживают абиотический стресс в условиях физического экстремума:
холода, засухи, засоления и т.д.; как правило, взаимоотношения видов в таких условиях ослаблены; 2) патиенты фитоценотические - переживают стресс под влиянием более мощных конкурентов; 3) виоленты - мощные конкуренты, подавляющие
жизненность других видов; 4) эксплеренты типичные - кратковременно присутствуют в сообществах в период их разрушения под влиянием естественных или антропогенных факторов; несовместимы с наличием виолентов и фитоценотических патиентов; 5) эксплеренты ложные - сезонные и флуктуационные, в стадии семян и вегетативных зачатков они постоянно присутствуют в сообществах. Вспышка их развития
происходит или в определенные сезоны года, когда фитоценотическая роль более
мощных видов временно угасает, - это эфемеры; либо они быстрее реагируют на
благоприятный климатический импульс, когда другие виды еще не успевают этого
сделать.
5.4. Реализация экологических ниш
Экологическая ниша — основной структурный элемент биогеоценоза. Г. Хатчинсон (Hutchinson, 1965) определяет ее как гиперобъем в n-мерном пространстве
множества экологических факторов. Каждая видовая популяция в сообществе реализует определенную экологическую нишу, границы которой контролируются условиями среды во времени, пространстве и в градиентах абиогенных факторов. Отсюда следует, что новый вид не может образоваться, если нет свободной ниши или если образующийся вид не может ее «отобрать» у какого-нибудь другого вида, участвующего в экосистеме (Левченко, 1995). Вхождение новых видов в устойчивую экосистему осуществляется главным образом путем открытия новых ниш, что создает
тенденцию к структурному усложнению, отождествляемому с морфологическим прогрессом (Красилов, 1995).
Экологические ниши, объединяемые определенными типами связей, образуют
функциональные подсистемы (блоки) сообщества. В качестве таких блоков, например, выступают синузии автотрофов, гильдии гетеротрофов, консорции - вся совокупность ниш, связанных прямыми связями с крупным организмом, вмещающим
массу ниш мелких организмов. Каждая ниша может входить одновременно в несколько функциональных блоков, а в пределах одного блока они могут перекрываться. Выделяются также ниши доминирующих (ядерных) и подчиненных (сателлитных)
ценопопуляций.
Описание связей между растениями и животными в экологических нишах возможно в рамках классификации В.Н. Беклемишева (1970), в которой все многообразие связей сведено к четырем фундаментальным типам: 1) трофические (по питанию), 2) топические (по местоположению), 3) форические (по переносу, например,
между растением и его опылителем), 4) фабрические (по материалу, используемому
животными для обустройства гнезд, укрытий и т.п.). Эта система является исчерпывающей и позволяет описать любые типы взаимоотношений между экологическими нишами.
Функциональную структуру сообщества, образованную сочетанием экологических ниш, В.В. Жерихин (1994) уподобляет генотипу организма, в котором записана
программа, управляющая развитием системы в целом. Пока этот набор остается постоянным, структура сообщества и его сукцессионная последовательность воспро42
изводятся в прежнем виде. Изменение этого набора означает отклонение от прежней нормы развития системы. Если это изменение фиксируется и впоследствии стабильно воспроизводится, можно говорить о переходе системы в новое состояние.
Р. Уиттекер (1980) подвергает сомнению гипотезу о том, что стабильность сообщества - это результат наличия большого числа взаимно приспособленных друг к
другу видов. Представление о том, что сложность ведет к стабильности, пишет Уиттекер, более привлекательно, чем верно. На самом деле увеличение числа видов и
сложности взаимоотношений, скорее, является причиной уязвимости сообществ при
их нарушении. Этот эффект особенно ярко проявляется при антропогенном воздействии на древние, сложные по составу и структуре, сообщества, например, дождевых тропических лесов или коралловых рифов. Сложные сообщества оказываются
более уязвимыми в условиях, когда их среда резко нарушается; они могут развиваться только в стабильных условиях.
5.5. Сукцессии сообществ
Динамические изменения экосистем, означающие гибель одних и становление
других, называются сукцессиями. Их следует рассматривать как реакцию биоты на
изменения окружающей среды. Первая классификация сукцессии растительных сообществ, составляющих ядро сухопутных биогеоценозов, предложена В.Н. Сукачевым (1942). Динамика растительного покрова подразделялась им на сукцессии сингенетические, связанные с развитием самого растительного покрова; эндоэкогенетические, связанные с развитием биогеоценоза в целом; экзоэкодинамические,
вызванные воздействием внешних факторов.
Анализ общих закономерностей динамики растительных сообществ содержится в работе Ю.А. Исакова и др. (1986). Среди многообразных форм динамики авторы
выделяют три принципиально различные динамические категории: флуктуации, сукцессии и преобразования экосистем человеком.
Под флуктуациями фитоценозов понимаются ненаправленные изменения от
года к году, завершающиеся возвратом фитоценоза к исходному или, точнее, близкому к исходному состоянию. С некоторой долей условности к флуктуациям растительных сообществ можно отнести изменения, вызываемые хозяйственной деятельностью — сенокошением, выпасом, лесохозяйственными мероприятиями. (Заметим,
что в данной классификации понятию флуктуация придается иное значение, чем в
работах Пригожина, рассмотренных выше.)
Сукцессионные процессы в противоположность флуктуациям развиваются в
определенном направлении. Они никогда не имеют характера колебаний около какого-то среднего состояния. Различают эндогенные и экзогенные сукцессии. Первые
определяются внутриценотическими причинами. Они делятся на две категории: 1)
сукцессии развития, первичные, началом которых служит освоение биотой еще не
занятого субстрата (В.Н. Сукачев называл их сингенетическими), и 2) сукцессии восстановительные, вторичные. К категории экзогенных (экзоэкодинамических - по
В.Н. Сукачеву) сукцессий, вызываемых внешними факторами, относятся как многолетние, например климатогенные, так и катастрофические — результат стихийных
природных явлений.
Особенно большое распространение получили сейчас антропогенные сукцессии, возникающие в результате хозяйственной деятельности человека. Они происходят под влиянием пожаров, выпаса скота, рекреации и др. Глубокую трансформацию почвенно-растительного покрова вызывают строительные работы, горные
выработки и др. Растительный покров и животный мир меняются под воздействием
загрязнения атмосферы, вод и почвы.
Наряду с негативным воздействием на биоту хозяйственная деятельность человека может носить конструктивный характер. Природные системы, в которых про43
водятся мелиоративные мероприятия, направленные на повышение их продуктивности: лесо-, луго-, рыбо-, охотохозяйственные и другие работы, - переводятся в категорию полуприродных. Наконец, создаются антропогенные экологические комплексы: сельскохозяйственные, садово-парковые, водохозяйственные и др. Затраты
на управление этими комплексами человек полностью берет на себя.
Коренное различие этих систем состоит в том, что в естественных экосистемах воспроизводство живого вещества и его средообразующие функции выполняются сами собой, а природно-хозяйственные системы не могут самовоспроизводиться.
Для поддержания их устойчивого существования необходимы затраты, и чем противоестественнее природно-хозяйственные системы, тем большую цену должен платить человек. Предоставленные сами себе, они, через серию восстановительных
сукцессий, стремятся вернуться к естественному состоянию.
Современный биогеоценотический покров суши из-за постоянных нарушений
практически лишен экосистем, достигших в своем естественном развитии климакса финальной стадии, когда экосистемы находятся в наиболее полном единстве с факторами окружающей среды. Однако это не должно служить основанием для вывода
о наступающей деструкции биосферы. Согласно современным представлениям,
зрелые климаксовые сообщества менее устойчивы к воздействию внешних факторов (Василевич, 1993). Это является следствием узкой специализации климаксовых
сообществ, высокой степени сбалансированности свойственных им функциональных
процессов. Субклимаксовые же сообщества, находящиеся на пути к терминальным
стадиям, менее специализированы и поэтому обладают большей способностью к
восстановлению своей структуры. В настоящее время, когда влияние антропогенных
факторов становится почти повсеместным, именно эта категория экосистем в силу
своей адаптивности наиболее распространена.
5.6. Принцип экологической эквивалентности
Человек, воздействуя на экосистемы и отторгая часть вещества и энергии в
производственный цикл, нарушает биотические круговороты, что неминуемо сказывается на состоянии окружающей среды. Как правило, она становится неблагоприятной для жизни человека. Однако вторичные биогеоценозы, возникающие на месте
коренных в результате антропогенного воздействия, не всегда ущербны с точки зрения поддержания функций биотического круговорота. Для человека главное, чтобы
живое вещество, независимо от того, какими формами оно представлено (например,
коренным лесом или вторичным лугом), выполняло свои разнообразные функции
так, чтобы среда обитания в данном месте оставалась благоприятной.
А.М. Алпатьев (1978) предложил оценивать состояние природы, исходя из
принципа экологической эквивалентности: возникающие в результате антропогенного воздействия динамические равновесия должны быть эквивалентны средообразующим функциям естественных экосистем. Следует признать, что эволюция
биосферы в фанерозое происходила именно согласно этому принципу: леса лепидофитов каменноугольного периода уступили место лесам голосеменных и покрытосеменных растений мезозоя и кайнозоя, формациям травянистой растительности.
Несмотря на смену сообществ, все они исправно выполняли свои средообразующие
функции.
Принцип эквивалентности расширяет трактовку понятия устойчивости биосферы: она может считаться устойчивой, если возникающие в ней экосистемы будут
по основным средообразующим функциям эквивалентны старым.
Сформулируем некоторые выводы из изложенного:

биосфера служит не просто источником ресурсов для человека и приемником
отходов его производства и жизнедеятельности - это гораздо более сложная систе-
44
ма, фундамент жизни, в которой сама биота обеспечивает стабильность окружающей среды;

биосфера обладает предельной хозяйственной емкостью;

существует верхний порог этой емкости, превышение которого нарушает
устойчивость биоты и окружающей среды;

в пределах хозяйственной емкости биосфера и земные экосистемы выполняют принцип Ле-Шателье, быстро восстанавливают все нарушения окружающей среды, и последняя остается устойчивой; способность восстановления в абсолютных
величинах, как и предел хозяйственной емкости, меняются от ландшафта к ландшафту в зависимости от продуктивности биоты: в пустынях эта способность
наименьшая, а в лесах — наибольшая;

превышение хозяйственной емкости приводит к прекращению выполнения
принципа Ле-Шателье биотой, быстрому и все большему размыканию биотического
круговорота веществ, искажению геохимических балансов в экосистемах, что в конечном счете ведет к загрязнению окружающей среды;

нарушения окружающей среды ведут к трансформации экологических ниш и,
как следствие, гибели многих видов организмов.
Концепция устойчивости биосферы логично вписывается в афоризм И. Пригожина: «Порядок из хаоса». Устойчивое развитие человеческого общества возможно только на основе использования движущих сил стабилизации биогеоценотического покрова Земли, заложенных в самой биосфере.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Что такое синергетика? Какую роль она играет в понимании законов развития
природы?
Перечислите основные механизмы, обеспечивающие устойчивость биосферы.
В чем разница между экспоненциальной и логистической кривыми роста популяции?
Дайте сравнительную характеристику типов стратегий растений.
Назовите характерные особенности r- и К-видов.
Каким образом реализация экологических ниш и сукцессии сообществ обеспечивают стабильность биосферы?
В чем заключается принцип экологической эквивалентности?
45
ГЛАВА 6. УЧЕНИЕ О НООСФЕРЕ
6.1. Понятие о ноосфере
Ноосфера (гр. noos — разум и sphaira — шар, буквально «мыслящая оболочка»)
— сфера разума, высшая стадия развития (по В.И. Вернадскому) биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития на Земле.
Основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни на Земле:
первый этап — возникновение и развитие жизни в воде;
второй этап — появление у гидробионтов симбионтов, т.е. формирование новой
среды жизни — организмов-хозяев;
третий этап — заселение организмами суши со сформировавшимися новыми средами жизни: наземно-воздушной и почвенной;
четвертый этап — появление человека и превращение его из обычного биологического вида в биосоциальное существо;
пятый этап — переход биосферы под влиянием разумной деятельности человека
в новое качественное состояние — ноосферу.
О космической роли человечества В.И. Вернадский стал размышлять еще в
конце 1880-х гг. Читая лекции по геохимии в Сорбонне, русский ученый впервые
обосновал идею о том, что человечество стало самостоятельной геологической силой, влияние которой на перемещение элементов в геологических оболочках Земли
огромно.
Лекции Вернадского были изданы в Париже в 1924 г. и привлекли внимание
математика и философа Э. Леруа (1927) и палеонтолога П. Тейяра де Шардена
(1930). В книге «Происхождение человечества и эволюция разума» Э. Леруа писал:
«Начиная с человека, эволюция осуществляется новыми, чисто психологическими
средствами: через промышленность, общество, язык, интеллект и т.д., и, таким образом, биосфера переходит в ноосферу». Здесь впервые был предложен термин
«ноосфера». Он широко использовался в главной работе П. Тейяра де Шардена
«Феномен человека». В.И. Вернадский позже отмечал: «Я принимаю идею Леруа о
ноосфере. Он развил глубже мою биосферу».
В статье «Несколько слов о ноосфере» (1944) В.И. Вернадский писал: «В общежитии обычно говорят о человеке как о свободно живущем и передвигающемся
на нашей планете индивидууме, который свободно строит свою историю. До сих пор
историки, вообще ученые гуманитарных наук, а в известной мере и биологи, сознательно не считаются с законами природы биосферы — той земной оболочки, где может только существовать жизнь. Стихийно человек от нее неотделим». Это означает,
что человек должен следовать законам биосферы и учитывать ограничения, налагаемые этими законами на развитие цивилизации. При анализе наследия В.И. Вернадского этому важному положению уделяется все еще недостаточно внимания.
Идеи о ноосфере разбросаны по многим сочинениям В.И. Вернадского, но нет
законченного труда, в котором представления о ноосфере были бы изложены с такой же полнотой, как о биосфере. Переход в эпоху ноосферы В.И. Вернадский рассматривал как один из актов «приспособления» человечества. Все живые организмы
приспосабливаются, но человек включает в этот процесс разум.
Существует несколько понятий термина «ноосфера», и формирование научных основ ноосферы еще далеко не закончено. Ноосферология — новая наука, воз46
никающая в наши дни, которая может стать основой нового мировоззрения, способного определить место и роль человечества во Вселенной.
Наряду с термином «ноосфера» для обозначения всей совокупности процессов, связанных с разумной деятельностью человека на планете, предлагались также
термины «интеллектосфера» (А. Гумбольдт), «техносфера» (А.И. Ферсман), «пневматосфера» (П.В. Флоренский), «семиосфера» (Ю.М. Лотман). Однако именно термин «ноосфера» оказался наиболее содержательным и перспективным.
Прежде всего, аналогично биосфере, ноосферу определяют как географическую оболочку земного шара, в которой основную роль играют превращения вещества, энергии и информации, связанные с деятельностью человека. В этом смысле
ноосфера появилась одновременно с возникновением вида человек разумный.
Другой смысл связан с пониманием ноосферы как идеала такой организации
деятельность человека на планете, которая была бы в полном смысле слова разумной, обеспечивала оптимальную «коэволюцию» (Н.Н. Моисеев) биосферы и человечества, опирающуюся на гармоничное существование различных культур, «цветущее многообразие» (К.Н. Леонтьев) которых не менее важно для устойчивости ноосферы, чем разнообразие видов для биосферы. В этом понимании ноосфера находится на стадии становления, преодолевая в процессе своего формирования огромные трудности. Кроме этого, существует некое «эзотерическое» представление о
ноосфере как «ментальном поле», в котором вокруг Земли «летают мысли» людей.
Такое представление связано с примитивно-мифологическим типом бытового сознания и к научному пониманию ноосферы имеет очень отдаленное отношение.
Особый интерес к ноосфере стал расти в 1970-х гг., после осознания необходимости выхода из глобального экологического кризиса, созданного деятельностью
человека.
6.2. Условия ноосферной организации
Ф.Т. Яншина, глубокий исследователь трудов В.И. Вернадского, выявила в его
работах ряд положений, характеризующих условия ноосферной организации процессов на Земле:

заселение человеком всей планеты;

резкое преобразование средств связи и обмена информацией;

усиление связей, в том числе политических, между странами;

начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

расширение границ биосферы и выход в космос;

открытие новых источников энергии;

повышение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней
политики;

свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных, философских и политических суждений;

эффективная система народного образования и жизнеобеспечения;

ликвидация голода и нищеты, сведение к минимуму болезней;

разумное преобразование природы Земли, способной удовлетворить материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

исключение войн из жизни общества.
Первые несколько условий можно считать уже выполненными. На Земле не
осталось мест, недоступных для человека. Появилась общепланетная сеть независимых коммуникаций: Интернет, новые средства переработки информации и усиления интеллектуальных возможностей человека — компьютеры. Объем горных пород,
извлекаемых из глубин земли всеми шахтами и карьерами мира, почти в 2 раза превышает средний объем лав и пеплов, выносимых ежегодно всеми вулканами плане47
ты; космос стал привычной ареной серьезных проектов; возникают мощные международные общественные и политические структуры, способствующие объединению
человечества. Человеку стали доступны совершенно новые источники энергии.
Остальные условия пока еще далеки от осуществления. Именно в этих областях будут протекать основные процессы, связанные с формированием ноосферы, в
первую очередь появление человека «действительно разумного», осознавшего свое
место и назначение во Вселенной.
Серьезное научное исследование структуры и динамики ноосферы фактически только начинается в XXI в., хотя предпосылки для этой работы созданы в трудах
многих выдающихся ученых и мыслителей. Учение о ноосфере получило развитие в
работах русских ученых М.М. Камшилова, В.П. Казначеева, Н.Н. Моисеева и др.
Большой вклад в ноосферологию сделал Н.Н. Моисеев, посвятивший данной теме
множество статей и монографий. Академик Моисеев активно развивал идею о «коэволюции человека и биосферы», которую высказал замечательный русский ученый
Н.В. Тимофеев-Ресовский в 60-е гг. ХХ в. Менее известен, но не менее значим вклад
в ноосферологию одного из «русских энциклопедистов» П.Г. Кузнецова, воодушевившего также идеей ноосферы и учением В.И. Вернадского крупного американского
мыслителя и общественного деятеля, физика и экономиста Л. Ларуша, опубликовавшего в 2000 г. книгу, посвященную экономике ноосферы «Экономика ноосферы».
6.3. Структура ноосферы
Ноосфера обладает трехчастным строением: техносферой, социосферой,
идеосферой.
Техносфера интенсивно развивается, начиная со времени английской промышленной революции XVIII в. Она прошла стадию индустриального общества в
XIX-XX вв. и в настоящее время вступает в стадию нового информационного общества.
В области техносферы человечество ждут яркие открытия. Уже создан
плацдарм для освоения термоядерной энергии. В отличие от атомной, в ней используется энергия синтеза, а не распада ядер, экологически несравненно более чистая
и к тому же практически неисчерпаемая. Возникают солнечная, водородная энергия,
дающая при сгорании водорода вместо вредных выбросов — чистую воду. Появляются совершенно новые виды транспорта, в том числе питающиеся энергией солнечного излучения, и многое другое.
Огромную роль приобретают биотехнологии, вызывающие вместе с ожиданием победы над болезнями, увеличения срока активной жизни человека и немалую
тревогу в случае применения ее в антигуманных целях. Главная задача ноосферной
техники — не преобразование природы и тем более не ее покорение, а в первую очередь преображение техносферы, приведение ее в соответствие с требованиями сохранения устойчивости биосферы и потребностями людей, прежде всего высших,
духовных, связанных с трудом и творчеством.
Социосфера складывается из ряда форм, аналогичных биогеоценозам.
Иерархия этих форм начинается от «элементарной ячейки» - семьи, включает такие
общественные структуры, как церковь, армия, государство, системы здравоохранения и образования, отношения между народами и государствами (торговля, культура, миграция населения и др.). Особенно важны для становления ноосферы такие
формы, в которых человечество учится объединять усилия в решении общих задач:
в борьбе со стихийными бедствиями, терроризмом, в совместных культурных, образовательных программах (ЮНЕСКО, ЮНЕП и др.), создании общепланетных движений и политических организаций (ООН).
В области анализа социосферы с точки зрения ноосферологии сделано еще
очень мало. Но уже очевидно, что главный кризис сегодня — это дефицит Разума,
остро проявляющийся в экологических, экономических и политических проблемах
48
современности. Пример бездумной современной экономической деятельность в общепланетном масштабе: оборот наркотиков составляет сотни млрд. долларов в год
(приближается к триллиону), в то же время для обеспечения здоровья 100 млн. детей из расчета 100 долларов в месяц достаточно десятой доли этой суммы — чуть
больше затрат на гольф (75 млрд. долларов в 1998 г.). На планете по-прежнему ведутся войны, резко увеличивается разрыв между богатыми и бедными как между
странами, так и между гражданами и т.д.
Идеосфера — самая главная ее часть, это совокупность всех форм мысли, созданных человечеством на протяжении нескольких тысячелетий его существования.
Любая мысль «программирует» ту или иную конкретную деятельность человека.
Ноосферное мировоззрение исходит из представлений об особой роли человека во Вселенной как единственного носителя разума и стремится выработать диалог между людьми разных культурных традиций, национальностей, религиозных
конфессий и поколений. Оно основывается:

во-первых, на науке, которая опирается на требования ответственности человека за планету;

во-вторых, на религиозных убеждениях, не противоречащих данным науки в
пределах их доказанности, определяющих общие представления человека и смысл
его существования во Вселенной;

в-третьих, на философии, требующей подвергать сомнению все ради установления истины.
Мировоззрение Вернадского исходит из того, что наука, религия и философия
- три независимые формы Разума, каждая из которых призвана решать свои задачи.
Подобное мировоззрение плохо вписывалось в рамки учения диалектического материализма. Поэтому идеи Вернадского стали доступны отечественным читателям
лишь с конца 60-х гг. ХХ в. Сейчас ноосферные идеи активно развиваются. Они проникают в сознание руководителей разных уровней, политических деятелей, бизнесменов.
В мировом сообществе пока еще с трудом пробивает дорогу осознание того,
что общая судьба человечества зависит не от политических, государственных и
национальных амбиций, а от угрозы самоуничтожения в планетарной экологической
катастрофе. 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 движения видны: это и энергосберегающие технологии; и перестройка экономики; и стремительное развитие коллективного интеллекта, основанного на новых
средствах коммуникаций и возможностях компьютеризации; и постепенный поворот
в сознании ученых, политиков и простых людей в сторону экологического мировоззрения, перевод экологических ценностей в экономические категории и многое другое.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Что такое «ноосфера»?
Кто являются авторами термина «ноосфера»?
Назовите основные условия ноосферной организации процессов на Земле.
Охарактеризуйте трехчастное строение ноосферы.
49
ГЛАВА 7. КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
7.1. К понятию «устойчивое развитие»
Введенный в широкое обращение докладом «Наше общее будущее» Комиссии Брундтланд (1987) и затем канонизированный в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в 1992 г. термин устойчивое развитие
широко обсуждается в научной и публицистической литературе и прочно укоренился
в коммуникационной системе мирового сообщества. В постсоветскую информационную среду он вошел с переводом на русский язык книги «Наше общее будущее» в
1989 г. В этом издании английский термин был переведен на русский язык как
устойчивое развитие.
В конце 1960-х гг. в Канаде термин был впервые использован для обозначения максимальных уловов рыбы, которые могут производиться в водоемах на протяжении десятилетий.
В середине 1970-х гг. его сменил термин «sustainable», который подразумевал,
в отличие от предыдущего, не максимальное, а оптимальное использование доступных ресурсов при обязательном условии сохранения (при необходимости – восстановления) соответствующей популяции.
Сам термин устойчивое развитие приписывается Б. Уорд, которая использовала его в середине 1970-х гг., а концепция была сформулирована во «Всемирной стратегии охраны окружающей среды» (1980), представленной Международным союзом охраны природы и природных ресурсов. В данном исследовании
было показано, что развитие нельзя обеспечить без сохранения окружающей среды,
однако эту работу справедливо критиковали за слабость анализа социальных аспектов.
Л. Браун в 1981 г. начал применять термин «sustainable development» вне рамок экологии, хотя и в связи с ней, к развитию городов, сельского хозяйства, промышленности и других сфер человеческой деятельности. Глобальное распространение термин получил после публикации доклада Комиссии Брундтланд «Наше общее будущее». В эту комиссию входил и Л. Браун.
Термин «sustainable development» оказался весьма популярным, так как связывал проблемы охраны окружающей среды, стабилизации экономики и обеспечения благополучия людей. Слово sustainable development переводится с английского
на другие языки либо как способность сохранять, поддерживать, либо (как в русском)
связывается с устойчивостью, надежностью, даже прочностью.
Однако более точно этот английский термин следовало бы передать как
непрерывно поддерживаемое развитие, что гораздо полнее соответствует определению, данному Комиссией Брундтланд: устойчивое развитие — это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит
под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные
потребности. В докладе Комиссии Брундтланд также определено понятие развитие — как «удовлетворение человеческих потребностей и стремлений». В то же
время отмечено, что «возможность удовлетворения основных потребностей может
происходить в результате чрезмерной эксплуатации ресурсов, поэтому непрерывно
поддерживаемое развитие ни в коем случае не может ставить под угрозу природные системы, от которых зависит жизнь на Земле: атмосферу, водные ресурсы, почву и живые организмы».
50
Цели Комиссии Брундтланд:

предложить долгосрочные стратегии в области окружающей среды, которые
позволили бы обеспечить устойчивое развитие к 2000 г. и на более длительный период;

рекомендовать пути, посредством которых забота об окружающей среде привела бы к более тесному сотрудничеству развивающихся стран и между странами,
находящимися на различных уровнях социально-экономического развития, и способствовала бы достижению общих и взаимозависимых целей, в которых учитывалась бы связь между народонаселением, природными ресурсами, окружающей средой и развитием;

рассмотреть способы и средства, используя которые мировое сообщество
смогло бы эффективно решать проблемы окружающей среды;

помочь выявить общие подходы к пониманию долговременных проблем окружающей среды и того, что необходимо предпринять для успешного решения проблемы защиты и повышения качества окружающей среды, сформулировать долгосрочную программу действий для грядущих десятилетий и цели, которые должно поставить перед собой мировое сообщество.
Комиссия отметила, что она «не прогнозирует будущее; наша задача — выступить с предупреждением, срочным предупреждением, основанным на последних и
самых надежных данных, о том, что настало время для принятия соответствующих
решений, гарантирующих сохранение ресурсов, необходимых для нынешних и будущих поколений. Мы не предлагаем подробного плана действий, а лишь указываем
направление, в котором народы мира могут расширить свое сотрудничество».
На рубеже 80-90-х гг. ХХ в. понятие устойчивое развитие стало чрезвычайно
распространенным. Его широко используют в мировой научной и популярной литературе; термин часто звучит в выступлениях государственных и политических деятелей. Несмотря на это, до сих пор нет общепринятого его определения. Уже к 1989
г. насчитывалось более 30 попыток таких определений. Сейчас их значительно
больше.
Это связано с системной сложностью анализируемого феномена, интегральную суть которого затруднительно выразить терминологически определенно. Междисциплинарный характер феномена устойчивого развития предполагает и соответствующий подход. Не удивительно поэтому, что различные ученые и специалисты,
государственные и политические деятели, акцентируя внимание на каком-либо его
определенном аспекте, предлагают ту или иную его трактовку. В зарубежной и отечественной литературе фиксируется несколько десятков соответствующих определений. Одни аналитики связывают феномен устойчивого развития с изменением характера роста; другие — заостряют внимание на взаимоотношениях развитых и развивающихся стран; третьи — подчеркивают необходимость глобального управления
мировыми процессами; в некоторых определениях акцент ставится на изменении
качества жизни и др.
Общее, что объединяет различные трактовки феномена устойчивое развитие,
позволяет выделить систему его интегрирующих элементов. Отметим три момента.
Во-первых, осознание необходимости сохранения исторически сложившейся
среды обитания, естественного природно-ресурсного потенциала биосферы как безусловного фактора выживания цивилизации вообще и человека в частности. Прежние мировые тенденции характеризуются как модели неустойчивого развития. Суть
в том, что их экстраполяция оборачивается социально-экологическими катаклизмами как локально-регионального, так и глобального масштаба. Человечество приближается к пределу «ассимилизационной емкости» биосферы, когда, с одной стороны,
становится реальным исчерпание естественных природных ресурсов, а с другой продукты (отходы) производственно-хозяйственной и социокультурной деятельности
51
человека приобретают такие масштабы, что они не поддаются утилизации в прежних
объемах естественными экосистемами.
Во-вторых, провозглашение «антиростовых тенденций», в соответствии с которыми «рост» понимается не столько как количественное увеличение товаров,
услуг и т.п., что неизбежно должно обернуться в ближайшей перспективе необратимыми деградационными изменениями исторически сложившейся биосферы, сколько
как качественное разнообразие бытия. И если рост — в предлагаемой трактовке —
имеет реальные физические пределы, то развитие, по существу, безгранично, ибо
ориентируется на качественные показатели жизни, стремящиеся к экспоненте.
В-третьих, постулирование тезиса о необходимости создания условий для
«справедливого» распределения мирового природно-ресурсного потенциала между
Севером и Югом, «богатыми» и «бедными» странами. Речь идет, с одной стороны, о
реализации стратегии удовлетворения основных потребностей населения развивающегося мира (разрабатывавшейся на рубеже 60-70-х гг. ХХ в.), а с другой — о тенденции к рационализации потребления населения развитого мира (о чем стали говорить на рубеже 80-90-х гг. ХХ в.).
Понятие устойчивого развития трактуется, по крайней мере, в двух смыслах:
узком и широком.
В узком смысле внимание акцентируется преимущественно на его экологической составляющей, что связывается с оптимизацией деятельности по отношению к
биосфере. Такой подход характерен, к примеру, для специализированных учреждений ООН. Так, специалисты Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) ассоциируют выход на уровень устойчивого развития с таким управлением аграрным сектором, который обеспечивал бы удовлетворение основных потребностей настоящих и будущих поколений при сохранении традиционного природно-ресурсного потенциала биосферы.
По существу, речь идет о реализации стратегии биосферосовместимости
деятельности, что предполагает осуществление ряда условий. Во-первых, темпы и
масштабы потребления природно-ресурсного потенциала не должны превышать
естественных условий регенерации экосистем; во-вторых, объемы отходов производственно-хозяйственной и социокультурной деятельности не могут превышать ассимиляционных возможностей биосферы; в-третьих, утилизация невозобновляемых
ресурсов возможна лишь в таких объемах и масштабах, которые компенсируются
соответствующим ростом потребления возобновляемого природно-ресурсного потенциала; в-четвертых, в процессе принятия производственно-хозяйственных решений необходимо учитывать не только возможный экономический эффект, но и социально-экологические последствия; в-пятых, при выборе оптимизационной стратегии
по отношению к деятельности в биосфере следует исходить из интересов как настоящих, так и будущих поколений.
В широком смысле устойчивое развитие трактуется как процесс, обозначающий новый тип функционирования цивилизации, основанной на радикальных изменениях ее исторически сложившихся параметров (экономических, социальных, экологических, культурологических и др.). В качестве примера подхода подобного рода
может рассматриваться определение, предложенное комиссией Брундтланд. По существу, ставится задача оптимального управления не только природно-ресурсным
потенциалом, но и всей совокупностью природно-социокультурного богатства, которым располагает цивилизация на конкретном этапе всемирно-исторического развития (с учетом прогностического его контекста).
Очевидно, речь идет о выявлении системы показателей, связывающих совокупность факторов (экономических, социальных, экологических, духовных и др.),
определяющих динамику устойчивого развития цивилизации.
Таким образом, устойчивое развитие — не новая концепция, так как и в 1960е, и в 1970-е гг. обсуждались проблемы такой модификации экономики, при которой
на основе рационального использования всех видов ресурсов, применения новых
52
технологий и организационных мер будет обеспечено сохранение природы и условий для развития общества.
Но именно в докладе Комиссии Брундтланд идее устойчивого развития было
придано политическое звучание, а конференция в Рио-де-Жанейро подчеркнула ее
международную и экономическую составляющие, особенно акцентируя внимание на
социальном аспекте развития. Именно ее выводы и составили теоретико-методологическую и концептуальную основу решений, принятых в рамках Рио-92, о необходимости для цивилизации выхода на уровень устойчивого развития. В результате
устойчивое развитие стало наиболее важной парадигмой конца XX в.
7.2. Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию
На Стокгольмской конференции по вопросам окружающей среды (1972) собрались представители 113 стран. В итоговом документе конференции отмечалось:
«Менее развитые в промышленном отношении страны не могут отказаться от роста
и преобразования во имя сохранения природных ресурсов или ради охраны природной среды». После Стокгольмской конференции и создания ЮНЕП активизировалась международная деятельность в области охраны окружающей среды. Заключены международные природоохранные конвенции: Конвенция о предотвращении загрязнения морской среды путем сбросов с судов и летательных аппаратов (1972),
Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящихся
под угрозой исчерпания (1973), Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на
большие расстояния (1979), Конвенция о запрещении военного или любого иного
враждебного использования средств воздействия на окружающую среду (1977) и т.д.
Одним из наиболее значительных шагов в международной экополитике стала
прошедшая в 1992 г. в Рио-де-Жанейро Конференция ООН по окружающей среде и
развитию на уровне глав государств и правительств. Рио — беспрецедентное событие, собравшее больше глав правительств, чем какая-либо иная встреча в истории
(главы 114 государств, дипломаты из 178 стран, представители около 1600 НПО).
Она приняла следующие документы основополагающего значения, которым обязались следовать все страны мира при выработке направлений своего развития:

«Декларация Рио-де-Жанейро по окружающей среде и развитию»;

«Повестка дня на 21 век»;

Рамочная конвенция ООН по изменению климата;

Конвенция ООН о биологическом разнообразии;

Заявление о принципах в отношении лесов.
Основным документом конференции является «Декларация Рио-де-Жанейро
по окружающей среде и развитию». Суть ее заключается в признании того, что путь,
который прошли развитые страны к своему благополучию, обусловленному в значительной мере нещадной эксплуатацией природы и использованием не только своих,
но и ресурсов остальной части мира, неприемлем — недопустимо его повторение
развивающими странами. Крайне важно твердо придерживаться принципов Декларации Рио, обеспечивающей экономический рост только во взаимосвязи с процессами социального развития и экологической безопасности.
Самым важным и долговременным документом конференции стала «Повестка дня на XXI век». Это программный документ глобальной экологической деятельности. В нем 4 раздела и 40 глав.
Раздел 1 «Социальные и экономические аспекты» определяет основные формы международного сотрудничества, а также необходимость преимущественного
вклада развитых стран в борьбу с нищетой и в достижении цели всеобщего устойчивого развития.
В разделе 2 «Сохранение и рациональное использование ресурсов в целях
развития» ставятся задачи по защите атмосферы, по борьбе с обезлесением, по оп53
тимальному использованию земель, по использованию уязвимых экосистем (особенно пустынь и горных районов), по защите океанов и т.д.
Раздел 3 «Усиление роли основных групп населения» посвящен глобальным
действиям в интересах женщин, детей, молодежи, коренных народов, местных общин, усилению роли трудящихся, деловых кругов и т.д.
Раздел 4 «Средства осуществления» определяет те национальные механизмы и формы международного сотрудничества, которые могут воплотить в жизнь все
вышеназванные проекты.
В июне 1997 г. (Нью-Йорк) состоялась 19 специальная сессия Генеральной
Ассамблеи ООН по вопросам экологии и устойчивого развития (Рио+5). На сессии
выступил Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев с докладом «Экономический рост только при условии социального развития и экологической безопасности»,
в котором предложил разработать кадастр глобальных проблем.
В конце 2002 г. (Йоханнесбург, ЮАР), через 10 лет после Рио, состоялся Саммит ООН по проблемам устойчивого развития (Рио+10).
На Саммите была принята Йоханнесбургская декларация по устойчивому
развитию, в которой отмечалось «Тридцать лет назад в Стокгольме мы согласились с тем, что необходимо принять срочные меры для решения проблемы
деградации окружающей среды. Десять лет назад на Конференции ООН по
окружающей среде и развитию, проведенной в Рио-де-Жанейро, мы согласились
с тем, что охрана окружающей среды и социально-экономическое развитие
имеют огромное значение для устойчивого развития на основе Рио-деЖанейрских принципов. В целях обеспечения такого развития мы приняли глобальную программу, озаглавленную «Повестка дня на XXI век», и Рио-де-Жанейрскую
декларацию по окружающей среде и развитию, приверженность которым мы
вновь подтверждаем. Рио-де-Жанейрская конференция была важной вехой, поскольку на ней была определена новая повестка дня для устойчивого развития.
В перерыве между встречами в Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурге народы
всего мира собирались на несколько международных конференций под эгидой
ООН, включая Международную конференцию по финансированию развития, а
также Конференцию министров в Дохе. На этих конференциях для всего мира
было выработано общее видение ожидающего человечества будущего.
На Встрече на высшем уровне в Йоханнесбурге мы достигли многого,
сведя вместе богатую палитру народов и мнений в рамках конструктивного поиска
общего пути к миру, который уважает и претворяет в жизнь идею устойчивого
развития. Встреча на высшем уровне в Йоханнесбурге подтвердила также, что
был достигнут значительный прогресс в деле достижения глобального консенсуса и партнерства между всеми народами на нашей планете».
Было подтверждено обязательство уделять особое и первоочередное
внимание борьбе с такими мировыми условиями, которые создают серьезную
угрозу устойчивому развитию наших народов и в число которых входят хронический
голод; недоедание; иностранная оккупация; вооруженные конфликты; проблемы,
связанные с незаконными наркотиками; организованная преступность; коррупция;
стихийные бедствия; незаконный оборот оружия; торговля людьми; терроризм;
нетерпимость и подстрекательство к расовой, этнической, религиозной и другой
ненависти; ксенофобия, а также эндемичные, заразные и хронические болезни,
включая ВИЧ/СПИД, малярию и туберкулез.
Также был принят План осуществления решений Всемирной встречи на
высшем уровне по устойчивому развитию, в котором содержались оговоренные
по срокам цели в социально-экономической и экологической области:

Сокращение потерь биоразнообразия к 2010 г.;

Восстановление рыбных запасов к 2015 г.;
54

Сокращение к 2015 г. вдвое доли людей, не имеющих доступа к санитарному
обслуживанию;

Обеспечение безопасного использования химических веществ к 2020 г. и др.
На Саммите было согласовано множество целей, графиков и обязательств, но
он не принес каких-либо особенно эффективных результатов — на нем не было достигнуто договоренностей, открывающих перспективу заключения новых договоров,
а многие из согласованных целевых показателей были приняты ранее на множестве
различных совещаний более низкого уровня. Как сказал бывший Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан: «Надо осторожней относиться к Саммитам вроде только
что прошедшего и не ждать от него чудес. Я знаю, что есть множество разочарованных людей, и что мы не достигли всего, чего хотели. Но устойчивое развитие вновь
стало на повестку дня и это главное».
7.3. Казахстан на пути к устойчивому развитию
В Казахстане сложилась благоприятная ситуация, когда приоритеты международной политики устойчивого развития и приоритеты национальной политики (ежегодное Послание Главы государства народу Казахстана, продвижение Республики
Казахстан на пути к вступлению в число 50 наиболее конкурентоспособных стран
мира, Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 20072024 годы, Экологический кодекс Республики Казахстан) полностью совпадают.
Вопросы устойчивого развития в Казахстане органично согласуются с национальными стратегическими и политическими документами по развитию:

В 1995 г. принят Меморандум Казахстанской Повестки дня на XXI век «За возрождение и устойчивое развитие Отечества».

В 1998 г. принята Долгосрочная Стратегия развития страны до 2030 года, в
которой одним из главных приоритетов развития республики на ближайшие тридцать лет определено в одном ряду с улучшением условий и повышением уровня
жизни казахстанцев, также и стабилизация качества состояния окружающей среды,
сохранение природных ресурсов для будущих поколений.

В 1998 г. Республика Казахстан стала членом Комиссии Устойчивого Развития
ООН.

В 1998 г. разработан Национальный план действий по охране окружающей
среды, в основу которого заложена идеология устойчивого развития (НПДООС/УР).

В 2001 г. создана Межведомственная Комиссия по подготовке к Всемирному
Саммиту ООН по устойчивому развитию «Рио+10» и Казахстанской Повестки дня на
XXI век.

В 2003 г. принята Концепция экологической безопасности Республики Казахстан на 2004-2015 годы.

В 2004 г. создан Совет по устойчивому развитию Республики Казахстан.

В апреле 2006 г. создан Фонд устойчивого развития «Казына».

В марте 2006 г. Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев выступил с
ежегодным посланием народу Казахстана «Стратегия вхождения Казахстана в число
50-ти наиболее конкурентоспособных стран мира. Казахстан на пороге нового рывка
вперед в своем развитии».

14 ноября 2006 г. Указом Президента Республики Казахстан одобрена Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы.

9 января 2007 г. принят Экологический кодекс Республики Казахстан.
Эти достижения оказали содействие в продвижении Казахстана на пути к
устойчивому развитию и обосновании будущих усилий, включающих усиление роли
Концепции устойчивого развития в развитии и реализации политики устойчивого
развития, введение принципов устойчивого развития в отдельные регионы и секторы
экономики, расширение потенциала Министерства охраны окружающей среды как
55
рабочего органа процессов устойчивого развития и усиление его роли в международных процессах устойчивого развития.
Цели ООН в области развития в Казахстане:
Цель: Сокращение детской смертности. Задача: Сократить на две трети за период 1990—2015 гг. смертность среди детей в возрасте до 5 лет.
Цель: Улучшение охраны материнства. Задача: Снизить на три четверти за
период 1990—2015 гг. коэффициент материнской смертности.
Цель: Борьба с ВИЧ/СПИДом, малярией и другими заболеваниями. Задача:
Остановить к 2015 г. распространение ВИЧ/СПИДа и положить начало тенденции к
сокращению заболеваемости. Остановить к 2015 г. распространение малярии и других основных болезней и положить начало тенденции к сокращению заболеваемости.
Цель: Обеспечение экологической устойчивости. Задача: Включить принципы
устойчивого развития в национальные стратегии и программы и обратить вспять
процесс утраты природных ресурсов. Задача: Снизить вдвое к 2015 г. долю людей,
не имеющих постоянного доступа к чистой воде.
В Казахстане разработана Концепция перехода Республики Казахстан к
устойчивому развитию на 2007-2024 годы, согласно которой основными принципами
перехода к устойчивому развитию в Республике Казахстан являются создание политического базиса для устойчивого развития, экономический прогресс, улучшение состояния здоровья населения, совершенствование деятельности по охране окружающей среды, обеспечение конкурентоспособности науки и образования.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
Когда возникло понятие «устойчивое развитие»?
Какова роль Комиссии Брундтланд в развитии данной концепции?
Перечислите основные конференции по окружающей среде и устойчивому
развитию, проведенные под эгидой ООН.
Какие документы были приняты на конференции в Рио-де-Жанейро?
Какие факторы способствуют продвижению Казахстана на пути к устойчивому
развитию?
56
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Укажите правильное определение термина «биосфера»:
A. совокупность организмов, обитающих на земном шаре
B. область планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или когда-либо подвергалась воздействию живых организмов
C. планетарное явление космического характера
D. совокупность живого и биокосного вещества
E. нет верного ответа
2.
A.
B.
C.
D.
E.
Кто является автором термина «биосфера»?
Э. Геккель
М. Мебиус
Ж.Б. Ламарк
Э. Зюсс
В. Вернадский
3.
A.
B.
C.
D.
E.
Из перечисленных ученых укажите автора учения о биосфере:
Э. Геккель
М. Мебиус
В. Сукачев
В. Докучаев
В. Вернадский
4.
A.
B.
C.
D.
E.
В каком году впервые был употреблен термин «биосфера»?
1703 г.
1875 г.
1803 г.
1914 г.
1775 г.
5.
A.
B.
C.
D.
E.
В какой статье В.И. Вернадский впервые использовал термин «биосфера»?
в работе о строении Альп
в труде по гидрогеологии Франции
«Космотеорос»
в работе об истории рубидия в земной коре
«Биосфера»
6. Кто из ученых и в какой работе впервые сделал следующее научное обоснование: «жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи»?
A. В.И. Вернадский, «Биосфера»
B. Х. Гюйгенс, «Жизнь»
C. Х. Гюйгенс, «Космотеорос»
D. В.И. Вернадский, «Живое вещество»
E. В.И. Вернадский, «Космотеорос»
7. В каком году вышла книга В.И. Вернадского «Биосфера»?
A. 1926 г.
B. 1920 г.
57
C. 1914 г.
D. 1932 г.
E. 1928 г.
8. Кто из немецких естествоиспытателей в начале XIX в. выделял сферу жизни
как неотъемлемую часть географической оболочки?
A. Э. Зюсс
B. А. Гумбольдт
C. Х. Гюйгенс
D. Т. Морган
E. К. Бэр
9. Какие элементы называются биогенными?
A. элементы, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах
B. элементы, требующиеся организмам в сравнительно малых количествах
C. нерастворимые элементы, жизненно необходимые организмам
D. растворимые элементы, жизненно необходимые организмам
E. любые элементы, входящие в состав живых организмов
10. Во Вселенной и живом веществе биосферы в наибольшем количестве присутствуют:
A. C, N, Ca, K
B. O, S, P
C. H, C, N, O
D. H, C, Zn, Ca
E. C, N, Na
11. Масса животных и микроорганизмов суши в биомассе Земли составляет:
A. 95 %
B. 73 %
C. 48 %
D. 25 %
E. 3 %
12. Масса зеленных растений суши в общей биомассе Земли достигает:
A. 5 %
B. 27 %
C. 52 %
D. 75 %
E. 97 %
13. Во сколько раз живой биомассы в Мировом океане меньше, чем на суше:
A. в 10 раз
B. в 100 раз
C. в 1000 раз
D. в 50 раз
E. в 5000 раз
14. В каком из пунктов дано определение понятия «живое вещество»?
A. мертвая органика, все формы детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
B. совокупность всех живых организмов: микроорганизмы, растения и животные и их
активная биомасса
58
C. смесь живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
D. биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
E. смесь биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
15. Что такое «биогенное вещество»?
A. мертвая органика, все формы детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
B. совокупность всех живых организмов: микроорганизмы, растения и животные и их
активная биомасса
C. смесь живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
D. биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
E. смесь биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
16. Биокосное вещество — это:
A. мертвая органика, все формы детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
B. совокупность всех живых организмов: микроорганизмы, растения и животные и их
активная биомасса
C. смесь живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
D. биогенные горные породы, включая часть ископаемого топлива
E. смесь биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения
17. В состав биосферы входят:
A. только живое вещество
B. только живое и биогенное вещество
C. только живое вещество и биокосные тела
D. живое вещество, биогенное вещество и биокосные тела
E. биогенное вещество и биокосные тела
18. Благодаря наличию каких веществ живые организмы, по выражению академика
Л.С. Берга, совершают с физико-химической точки зрения что-то невероятное?
A. неорганических веществ
B. органических веществ
C. белков
D. углеводов
E. ферментов
19. Какая функция живого вещества называется газовой?
A. биотическая регуляция окружающей среды
B. биогенная миграция элементов и концентрирование вещества
C. обмен живых существ О2 и СО2 с окружающей средой в процессе фотосинтеза и
дыхания
D. способность организмов получать информацию путем соединения потока энергии
с активной молекулярной структурой
E. такой функции не существует
20. Что такое информационная функция живого вещества?
A. биотическая регуляция окружающей среды
59
B. биогенная миграция элементов и концентрирование вещества
C. обмен живых существ О2 и СО2 с окружающей средой в процессе фотосинтеза и
дыхания
D. способность организмов получать информацию путем соединения потока энергии
с активной молекулярной структурой
E. такой функции не существует
21. Какая из нижеуказанных функций не существовала в классификации В.И. Вернадского?
A. функция разрушения органических соединений
B. информационная
C. окислительная
D. концентрационная
E. кислородная
22. Какое из перечисленных свойств не относится к основным уникальным особенностям живого вещества?
A. способность быстро осваивать все свободное пространство
B. движение не только пассивное, но и активное
C. феноменально высокая скорость протекания реакций
D. низкая приспособительная способность к неблагоприятным условиям
E. устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти
23. Что является верхней границей биосферы?
A. тропосфера
B. стратосфера
C. мезосфера
D. озоновый слой
E. нет правильного ответа
24. Чем обусловлена верхняя граница биосферы?
A. лучистой энергией, убивающей все живое
B. увеличением атмосферного давления
C. высокой температурой
D. уменьшением концентрации водяных паров
E. уменьшением концентрации кислорода
25. Чем теоретически определяется нижняя граница биосферы?
A. лучистой энергией, убивающей все живое
B. увеличением атмосферного давления
C. высокой температурой
D. уменьшением концентрации водяных паров
E. уменьшением концентрации кислорода
26. Какая из внешних оболочек Земли полностью охвачена жизнью?
A. атмосфера
B. гидросфера
C. литосфера
D. все три оболочки
E. нет такой оболочки
27. Что служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией в
биосфере?
A. наличие значительного количества воды
60
B. мощный поток солнечной энергии
C. наличие в биосфере поверхностей раздела между веществами, находящимися в
трех фазовых состояниях
D. три вышеуказанных фактора
E. закрытость биосферы
28. Укажите основные свойства биосферы:
A. биосфера — открытая система
B. биосфера — централизованная система
C. биосфера — саморегулирующаяся система
D. биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием
E. все вышеперечисленное
29. Если равномерно распределить живое вещество по поверхности Земли, то
его толщина составит:
A. 5 м
B. 1 м
C. 5 см
D. 2 см
E. 1 см
30. Во сколько раз масса живого вещества меньше массы самой легкой оболочки —
атмосферы?
A. 10 раз
B. 20 раз
C. 100 раз
D. 200 раз
E. 2000 раз
31. В какой статье В.И. Вернадский выделил девять функций живого вещества?
A. Несколько слов о ноосфере
B. Биогеохимические очерки
C. Очерки о геохимии
D. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения
E. Об условиях появления жизни на Земле
32. Какой период составляет время обновления живого вещества?
A. 8-10 лет
B. 3х104 лет
C. 2х104 лет
D. 5х107 лет
E. 3х1010 лет
33. Согласно теории креационизма:
A. жизнь существовала всегда
B. жизнь занесена на нашу планету извне
C. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
D. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
E. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам
34. В соответствие с теорией самопроизвольного зарождения жизни на Земле:
A. жизнь существовала всегда
B. жизнь занесена на нашу планету извне
C. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
61
D. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
E. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам
35. В чем заключается суть одной из теорий возникновения жизни на Земле — панспермии?
A. жизнь существовала всегда
B. жизнь занесена на нашу планету извне
C. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
D. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
E. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам
36. Сторонники теории стационарного состояния утверждают:
A. жизнь существовала всегда
B. жизнь занесена на нашу планету извне
C. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
D. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
E. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам
37. Согласно теории биохимической эволюции:
A. жизнь существовала всегда
B. жизнь занесена на нашу планету извне
C. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
D. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время
E. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам
38. Кто «нанес первый удар» по теории самозарождения жизни и установил принцип «все живое — из живого»?
A. Аристотель
B. Ван Гельмонт
C. Реди
D. Левенгук
E. Пастер
39. Кто в 1859 г. получил премию Французской Академии наук за новое освещение
проблемы возникновения жизни?
A. Аристотель
B. Ван Гельмонт
C. Реди
D. Левенгук
E. Пастер
40. Авторы теории биохимической эволюции:
A. Анаксимандр и Аристотель
B. Опарин и Холдейн
C. Реди и Пастер
D. Кирхер и Левенгук
E. Миллер и Юри
41. Кто являются авторами классических экспериментов по доказательству
теории биохимической эволюции?
62
A.
B.
C.
D.
E.
Анаксимандр и Аристотель
Опарин и Холдейн
Реди и Пастер
Кирхер и Левенгук
Миллер и Юри
42. Как называется современная теория происхождения жизни?
A. биотическая эволюция
B. теория биопоэза
C. теория космозоев
D. добиотическая эволюция
E. нет верного ответа
43. Какой из указанных этапов не относится к добиотической эволюции?
A. образование планеты и ее атмосферы
B. возникновение абиотического круговорота веществ
C. образование органических соединений
D. развитие фотосинтеза
E. возникновение круговорота органических соединений углерода
44. С какого этапа началась биотическая эволюция на Земле?
A. появление человека
B. возникновение жизни
C. возникновение фотосинтеза
D. образование планеты
E. все вышеперечисленное
45. Когда примерно зародилась жизнь на планете Земля?
A. 5 млрд. лет назад
B. 6 млрд. лет назад
C. 3,9 млрд. лет назад
D. 2,5 млрд. лет назад
E. 1 млрд. лет назад
46. В начале какой эры возник фотосинтез, что подтверждается находками окаменелостей, определяемых как сине-зеленые «водоросли»?
A. кайнозой
B. мезозой
C. палеозой
D. протерозой
E. архей
47. Что стало главным событием силурийского периода палеозойской эры?
A. возникновение фотосинтеза
B. появление многочисленных форм животных, имеющих скелеты
C. образование озонового слоя
D. выход жизни на сушу
E. расцвет млекопитающих
48. На какой период палеозоя приходится расцвет голосеменных?
A. пермский
B. каменноугольный
C. девонский
D. силурийский
63
E. ордовикский
49. Какие механизмы обеспечивают в настоящее время устойчивость биосферы?
A. динамика популяций
B. реализация разных жизненных стратегий организмов и занимаемых ими экологических ниш
C. сукцессии сообществ
D. функции живого вещества и биогеохимические циклы
E. все вышеперечисленное
50. Какая область исследований занимается обоснованием совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоорганизации?
A. кибернетика
B. физика
C. синергетика
D. экология
E. естествознание
51. Что такое точка бифуркации?
A. флуктуация
B. движение вперед
C. саморазвитие системы
D. хаотическое состояние системы
E. переломный момент в развитии системы
52. Укажите формулировку принципа Ле-Шателье:
A. как избыток, так и недостаток экологического фактора одинаково негативно влияют на организмы
B. относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем
больше он находится по сравнению с другими экологическими факторами в минимуме
C. любое условие среды в некоторой степени может замещаться другим
D. внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, вызывает в ней физические (термодинамические) процессы, направленные на ослабление результата
этого воздействия
E. такого принципа не существует
53. Стадия развития биосферы, на которой разумная деятельность человека
становится главным фактором развития на планете:
A. техносферой
B. ноосферой
C. кайнозой
D. социосферой
E. гидросферой
54. Какими учеными было введено понятие «ноосфера»?
A. Ю. Либихом и А. Тенсли
B. В. Вернадским и В. Сукачевым
C. К. Бэром и Т. Мором
D. Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом
E. Х. Гюйгенсом и А. Гумбольдтом
64
55. В каком году впервые был употреблен термин «ноосфера»?
A. 1927 г.
B. 1928 г.
C. 1937 г.
D. 1938 г.
E. 1944 г.
56. Когда появился термин «устойчивое развитие»?
A. 1960 г.
B. 1970 г.
C. 1980 г.
D. 1990 г.
E. 1992 г.
57. На какой конференции был принят важный и основополагающий документ
«Повестка дня на XXI век»?
A. 1987 г., Берлин
B. 1992 г., Рио-де-Жанейро
C. 1997 г., Нью-Йорк
D. 2002 г., Йоханнесбург
E. 2003 г., Москва
58. На каком форуме выступил Президент Казахстана Н.А. Назарбаев с докладом
«Экономический рост только при условии социального развития и экологической
безопасности»?
A. 1987 г., Берлин
B. 1992 г., Рио-де-Жанейро
C. 1997 г., Нью-Йорк
D. 2002 г., Йоханнесбург
E. 2003 г., Москва
59. На какой конференции были поставлены следующие гигантские цели: обеспечить безопасное использование химических веществ к 2020 г., восстановить
рыбные запасы к 2015 г., сократить потери биоразнообразия к 2010 г. и др.?
A. 1987 г., Берлин
B. 1992 г., Рио-де-Жанейро
C. 1997 г., Нью-Йорк
D. 2002 г., Йоханнесбург
E. 2003 г., Москва
60. На какой конференции были приняты такие документы, как Рамочная конвенция ООН об изменении климата, Конвенция ООН о биологическом разнообразии и
др.?
A. 1987 г., Берлин
B. 1992 г., Рио-де-Жанейро
C. 1997 г., Нью-Йорк
D. 2002 г., Йоханнесбург
E. 2003 г., Москва
65
ГЛОССАРИЙ
Абиосфера — слои литосферы, не испытывающие и ранее никогда не подвергавшиеся какому бы ни было влиянию живых организмов или биогенных веществ.
Афотобиосфера — часть биосферы, куда не проникают солнечные лучи.
Аэросфера — земная оболочка, составленная надземной атмосферой и подземной
тропосферой, включая почвенный воздух. Аэросфера - среда обитания аэробов.
Биогеосфера — часть биосферы; оболочка земного шара, в которой сконцентрирована основная масса живого вещества планеты. Биогеосфера расположена на контакте поверхности литосферы, приземного слоя атмосферы и мелководий или верхнего слоя гидросферы.
Биологический круговорот веществ — единство двух процессов: аккумуляции элементов в живых организмах и минерализации в результате разложения мертвых организмов.
Биомасса — количество живого вещества (суммарное или относящееся к отдельным
видам, популяциям и т.д.) на единицу площади или объема экосистемы.
Биосфера — область существования и функционирования живых организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу, поверхность суши и верхние
слои литосферы.
Биота — исторически сложившаяся совокупность всех живых организмов, обитающих
на какой-либо крупной территории. Биота Земли включает все живые организмы,
населяющие планету (их численность оценивается величиной 1027 особей).
Биохор — крупное подразделение биосферы, охватывающее группу пространственно объединенных биотопов, расположенных в однотипных климатических условиях и
характеризующихся специфическим составом живого населения. Биохоры объединяют в биоциклы.
Биоцикл — жизненная область, высшая единица экологического подразделения
наземной и водной частей биосферы: суша, океан и континентальные водоемы.
Биоцикл не включает атмосферу и литосферу как места обитания живого.
Буферность биосферы — способность биосферы противостоять и нейтрализовывать негативные антропогенные и техногенные воздействия.
Вещество биогенное — вещество, образующееся при отмирании организмов и последующем их частичном разложении и консервировании. Это мертвая органика,
все формы детрита, а также биогенные горные породы, включая часть ископаемого
топлива.
Вещество биокосное — смесь живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения. В.И. Вернадский к биокосным системам относил почвы, природные воды, илы, ландшафты, кору выветривания и саму
биосферу.
Вещество живое — совокупность всех живых организмов: микроорганизмы, растения
и животные, их активная биомасса.
Генофонд биосферы — вся совокупность видов живых организмов с их проявившимися и потенциальными задатками.
Геобиосфера — слои биосферы в пределах суши.
Геосферы — концентрические, сплошные или прерывистые оболочки Земли, различающиеся между собой по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам, возникшие в результате дифференциации вещества Земли под
действием ее гравитационного поля в условиях разогрева земных недр: ядро Земли,
мантия Земли, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера, биосфера.
66
Гидробиосфера — слой биосферы, вся совокупность живого, населяющего поверхностные воды Земли. Гидробиосфера делится на аквабиосферу континентальных
вод и океанобиосферу Мирового океана.
Метабиосфера — слой литосферы; часть мегабиосферы, преобразованная жизнью,
в которой живые организмы ныне не присутствуют.
Ноосфера — высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и
становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разумная деятельность становится главным определяющим фактором целесообразного развития.
Окружающая среда — среда обитания и деятельности человечества; окружающий
человека природный и созданный им материальный мир.
Педосфера — часть биосферы; почвенный покров Земли.
Почва — особое природное образование, возникшее в результате преобразования
поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха,
климатических факторов и живых организмов. Остатки живых организмов разлагаются в почве редуцентами.
Сукцессия — последовательная смена во времени одних биоценозов другими на
определенном участке земной поверхности. При отсутствии нарушений сукцессия
завершается возникновением сообщества, находящегося в равновесии со средой, климакса.
Устойчивое развитие — такая модель поступательного развития биосферы, при которой достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения
без ущемления таких потребностей будущих поколений.
Устойчивость — способность биосферы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних и внутренних факторов.
Фотобиосфера — слой биосферы, освещаемый солнечными лучами.
Экологическая ниша — совокупность всех факторов среды, которые требуются для
существования вида, включая его связи с другими видами.
Экологическая система — единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и
косные экологические компоненты соединены между собой причинноследственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.
Эубиосфера — биосфера как таковая. Над и под эубиосферой лежат парабиосфера
и метабиосфера, куда живое попадает лишь случайно, далее - апобиосфера и абиосфера, куда живое уже не попадает даже случайно. Общая толща эубиосферы оценивается в 12-17 км.
67
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЧТЕНИЯ
В.В. ГОРШКОВ, В.Г. ГОРШКОВ, В.И. ДАНИЛОВ-ДАНИЛЬЯН,
К.С. ЛОСЕВ, А.М. МАКАРЬЕВА
БИОТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Введение
В настоящее время известны две противоположные концепции взаимодействия биоты и окружающей ее среды.
I. Согласно первой концепции — традиционной — окружающая среда оказывается пригодной для жизни в силу уникальных физических условий на земной поверхности, определяемых исключительно удачным расположением околосолнечной орбиты Земли. Биота — естественная фауна и флора биосферы — приспосабливается
практически к любой окружающей ее среде за счет эволюционного видообразования
(во всяком случае, за почти 4 миллиарда лет существования жизни на Земле не было таких катастрофических изменений окружающей среды, к которым биота не смогла приспособиться).
Существенные изменения окружающей среды могут происходить и за счет
воздействия самой биоты. К этим изменениям биота приспосабливается таким же
образом. Например, биота в прошлом вызвала переход от восстановительной (бескислородной) к окислительной (содержащей кислород) атмосфере. Это привело к
появлению дышащих кислородом организмов и вымиранию многих видов, для которых кислород является ядом, или переходу некоторых из них в бескислородную локальную окружающую среду.
Главным свойством жизни считается способность к эволюции и непрерывной
адаптации к меняющимся внешним условиям. Выделенных оптимальных для жизни
внешних условий не существует. Генетическая адаптация обеспечивается внутривидовой изменчивостью геномов. Любые генотипы, обладатели которых производят
наибольшее количество выживающих в окружающей их среде потомков, закрепляются в популяции. Любые виды организмов, способные адаптироваться к окружающей среде и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту. Все наблюдаемые по палеоданным эволюционные изменения объясняются непрерывной адаптацией видов и индивидуальным отбором.
Кардинальное изменение окружающей среды, связанное с освоением природы человеком и преобразованием сообществ естественной биоты в агро-, сильва- и
марикультуры, приспособленные для удовлетворения потребностей его растущей
популяции, рассматривается как определенный этап естественного эволюционного
процесса. Единственная экологическая проблема, которую предстоит решить человеку, — это ликвидация загрязнений, изменяющих окружающую человека среду в неблагоприятном для него направлении. Естественным процессом считается также и
освоение человеком всей глобальной биоты, превращение биосферы в новую глобальную биосистему, обслуживающую исключительно нужды человека, — ноосферу.
Природное биоразнообразие рассматривается как генетический ресурс, который может быть использован человеком при дальнейшем развитии биотехнологий и
генной инженерии. Предполагается, что биоразнообразие включает как генетическую информацию различных естественных видов, так и внутривидовую генетическую изменчивость. Это биоразнообразие предполагается сохранить в зоопарках и
генных банках, а также в заповедниках, сегодня занимающих не более процента
территории Земли и не сковывающих свободное развитие цивилизации.
68
Безостановочный экономический рост, базирующийся на непрерывном расширении использования ресурсов биосферы, рассматривается как единственная
возможность обеспечить удовлетворение растущих потребностей увеличивающейся
глобальной человеческой популяции.
В традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограничения на численность популяции биологических видов (в том числе человека), причины
образования естественных сообществ видов и устойчивость сообществ и их среды
обитания — экосистем.
Два важнейших эмпирических факта не находят объяснения в традиционной
концепции:
1) почему, несмотря на быстрые изменения окружающей среды, особенно
происходящие под воздействием самой биоты, условия окружающей среды не выходят за пределы возможности существования любой жизни;
2) почему, несмотря на непрерывную адаптацию, все виды сохраняют строгую дискретность и не наблюдается переходных форм ни между современными видами, одновременно существующими в биосфере, ни между видами, наблюдаемыми
по палеоданным.
II. Во второй концепции принимается во внимание физическая неустойчивость
земной окружающей среды и возможность ее быстрого перехода в устойчивые состояния типа Марса или Венеры, в которых никакая жизнь невозможна. Биота Земли
рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни
условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах.
В этой концепции главное свойство жизни - способность видов к выполнению
определенной работы по поддержанию выделенных условий окружающей среды,
пригодных для существования биоты (представленной совокупностью этих видов и
структурой их распределения по сообществам организмов и экосистемам). Сложнейшие типы взаимодействия живых организмов с окружающей средой приводят к
необходимости образования сообществ видов и экологических систем определенного набора видов; составляющие каждое такое сообщество (либо экологическую систему) виды скоррелированно взаимодействуют между собой и окружающей их средой. Эта скоррелированность подобна скоррелированности клеток и органов внутри
одного многоклеточного организма.
Только те виды, которые обеспечивают необходимую работу по поддержанию
окружающей среды, могут образовывать сообщества и составлять земную биоту.
Такие виды поддерживают оптимальную численность и производят оптимальное, а
не максимальное, количество потомков. Это обеспечивает стационарность распределения численности особей видов, а также регулярность популяционных колебаний
видов с переменными численностями, что предотвращает популяционные взрывы,
разрушающие сообщество. Спонтанный переход любого вида к производству максимального количества потомков свидетельствует об искажении генетической программы. Подобный переход, аналогично возникновению раковой опухоли в теле,
нарушает функционирование общества и ухудшает локальную окружающую среду.
Это приводит к потере сообществом конкурентоспособности, его гибели и вытеснению другим сообществом, в котором тот же вид сохраняет нормальную генетическую
программу и производит оптимальное количество потомков.
Виды, поддерживающие выделенные условия окружающей среды, очевидно,
должны сохранять неизменной свою генетическую программу. Иначе говоря,
должны быть невозможны никакие непрерывные генетические адаптации к любым
происходящим естественным флуктуациям внешних условий. Биологические виды
должны обладать механизмами стабилизации генетической программы, предотвращая накопление стирающих генетическую информацию мутационных замен.
В этой концепции все виды биоты должны сохранять генетическое постоянство и устойчивость в течение периодов времени порядка миллионов лет, что срав69
нимо по длительности с геологическими периодами. Все виды биоты должны быть
не только жизнеспособны, но и скоррелированно взаимодействовать с другими видами сообщества, обеспечивая управление окружающей средой. (Почти все виды,
интродуцированные в инородные сообщества, становятся видами-гангстерами. Сообщество на них не настроено, а потому нормальное конкурентное взаимодействие
особей внутри таких видов отсутствует. В результате среди этих особей выживают
все фенотипы, производящие максимальное (а не оптимальное, как у нормальных
видов) количество потомков, и такие виды попадают в состояние популяционного
взрыва, разрушающего сообщество. Инородные виды, слабо нарушающие сообщество, исключаются из него с течением времени. Сообщество, нагруженное инородными видами, теряет конкурентоспособность и вытесняется нормальными сообществами во всех случаях). Эти ограничения объясняют наблюдаемую дискретность и
морфологическое постоянство как современных естественных видов, так и видов,
исследуемых по палеоданным.
Наблюдаемая генетическая изменчивость особей естественных видов соответствует случайным отклонениям от нормальной генетической программы, не регистрируемым стабилизирующим отбором. С ослаблением стабилизирующего отбора
при выходе из условий естественной экологической ниши происходит рост генетической изменчивости и накопление в популяции особей с различными уродствами —
генетическими отклонениями от нормы. При восстановлении естественных условий
и нормализации стабилизирующего отбора все особи с генетическими отклонениями
от нормы немедленно вытесняются из популяции.
Человек использует существующие генетические отклонения от нормы у естественных видов для выведения и разведения культурных пород животных и сортов
растений ради удовлетворения собственных нужд. Далеко не все естественные виды могут производить жизнеспособных особей с генетическими отклонениями от
нормы, обусловливающими пригодность для использования человеком.
Эволюционные переходы к новым видам ограничены и происходят только при
сохранении способности к стабилизации окружающей среды в составе экологического сообщества. Механизм отбора таких видов — конкурентное взаимодействие однородных сообществ. На больших периодах времени (порядка миллиардов лет) эволюция может происходить с весьма значительными изменениями окружающей среды. При этом переход окружающей среды в различные состояния, пригодные для
жизни (например с изменением восстановительной атмосферы на окислительную),
сопровождается существенной перестройкой биоты, однако без потери ее способности предотвращать переход среды в состояние, непригодное для любой биоты. Это
связано с существованием нескольких различных условий окружающей среды, пригодных для жизни. Эволюционные изменения биоты могут приводить к перебору
всех приемлемых для жизни условий.
Современные данные свидетельствуют, что жизнь на Земле существовала
уже 3,9 млрд. лет тому назад. Вопрос о происхождении жизни остается открытым изза почти полного отсутствия эмпирических данных. Тем не менее, можно с определенностью утверждать, что альтернативность двух описанных выше принципиально
различных концепций сохраняется для любого периода существования жизни и
уровня ее развития.
Жизнь может существовать в узком диапазоне внешних условий, который, в
частности, включает температурный интервал, в котором вода остается в жидкой
фазе. Безусловно, жизнь возникла именно в этом диапазоне, причем локально. Она
должна была образовать оболочку (своего рода «скафандр»), отделяющую внутреннюю окружающую среду от внешней. Следы (отнюдь не просто аналоги) этой оболочки можно найти у всех современных организмов — кожа животных, кора деревьев,
мембраны клеток. Жизнь управляла внутренней окружающей средой (подобно всем
современным организмам) — это была локальная биотическая регуляция окружаю70
щей среды. Жизнь сохраняла внутреннюю среду на неизменном, оптимальном для
себя уровне, независимо от изменений внешней окружающей среды, управлять которой локальная жизнь не могла.
Так как внутренняя среда оставалась неизменной, никакой адаптации к этой
среде не было. Затем произошло расширение локальной биотической регуляции до
глобальных масштабов. Как происходил этот процесс, нам сейчас неизвестно, но никакой адаптации к внешней среде в этом процессе также быть не могло. Наоборот,
жизнь активно изменяла внешнюю среду в благоприятном для себя направлении.
Жизнь создала содержащую кислород атмосферу и, возможно, глобальную гидросферу с количеством воды, в сотни раз превосходящим ее запасы на других планетах земной группы.
Другой теоретически мыслимый вариант — возникновение жизни со случайной
генетической адаптацией к внешней среде — мог бы реализоваться только в условиях изобилия энергетических и материальных ресурсов. В этих условиях жизнь с биотической регуляцией окружающей среды была бы немедленно вытеснена жизнью со
случайной генетической адаптацией как намного более конкурентоспособной. Действительно, конкурентное взаимодействие требует затрат метаболической мощности организма. Те организмы, которые способны затрачивать большую метаболическую мощность на конкурентное взаимодействие, в соответствующей экологической нише обладают большей конкурентоспособностью. Биотическая регуляция
требует строго направленной организованной работы, на которую затрачивается
значительная часть метаболической мощности организмов сообщества. Организмы,
принадлежащие системе жизни со случайной генетической адаптацией, освобождены от такой работы и могут всю эту мощность затрачивать на увеличение своей конкурентоспособности.
При истощении ресурсов жизнь со случайной генетической адаптацией должна была бы прекратить свое существование. Спонтанный переход жизни со случайной генетической адаптацией в жизнь с биотической регуляцией окружающей среды
намного менее вероятен, чем спонтанное возникновение последней на безжизненной планете: будучи более конкурентоспособной, первая уничтожила бы последнюю
даже при вероятности ее спонтанного возникновения, равной единице.
Таким образом, хотя нам и неизвестно, как возникла жизнь, можно утверждать, что если биотическая регуляция окружающей среды существует, то она имела место с самого момента возникновения жизни и ни разу не исчезала за все время
ее существования.
Рассмотрим основные предпосылки, лежащие в основе второй концепции.
Устойчивость климата Земли
Приземная температура Земли является важнейшей характеристикой климата. Существование биоты может поддерживаться в достаточно узком температурном
интервале, при котором вода находится в жидкой фазе. При температурах ниже точки замерзания воды может поддерживаться жизнь только теплокровных — млекопитающих и птиц. При температурах, близких к точке кипения, могут выживать только
некоторые бактерии горячих источников. Оптимальный для биоты температурный
интервал окружающей среды заключается между + 10 и +20°С. Именно в этом интервале поддерживалась средне глобальная приземная температура Земли на протяжении последних сотен миллионов лет, опускаясь до +10°С в ледниковые периоды
и поднимаясь до +20°С в наиболее теплые периоды. Современная средне глобальная приземная температура равна +15°С. Отклонения от этой температуры на протяжении последних столетий не превышали нескольких десятых градуса.
Постоянная температура земной поверхности поддерживается солнечным излучением. Величина потока солнечного излучения определяется расположением
околосолнечной орбиты. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается. Это делает планеты и их спутники видимыми на небосводе подобно звездам. Отраженная планетой часть солнечного излучения носит название альбедо.
71
Поглощенная планетой часть солнечного излучения нагревает поверхность
планеты, что приводит к тепловому излучению планеты обратно в космос. Тепловое
излучение поглощается так называемыми парниковыми газами атмосферы и частично возвращается на поверхность планеты, что приводит к дальнейшему разогреву поверхности и повышению ее температуры. Это явление носит название парникового эффекта. Парниковые газы составляют ничтожно малую часть газовой
концентрации атмосферного воздуха. Основные газы атмосферы — азот и кислород
— не обладают парниковым эффектом.
Главным парниковым газом является водяной пар, относительное содержание
которого в атмосфере составляет менее 0,3%. Следующий по значению парниковый
газ — двуокись углерода (СО2) с относительным содержанием порядка 0,03%. Относительное содержание остальных парниковых газов не превосходит Зх10-4 %.
Существуют два физически выделенных устойчивых состояния климата:
состояние полного оледенения поверхности с температурой, близкой к - 100°С, ниже
которой альбедо перестает зависеть от изменения температуры, и состояние полного испарения океанов с температурой, близкой к +400°С, выше которой от изменения
температуры перестает зависеть парниковый эффект. Эти состояния земного климата близки к устойчивым климатам Марса или Венеры. В обоих этих состояниях никакая жизнь невозможна. В настоящее время не обнаружены физические барьеры,
которые препятствовали бы переходу современного земного климата в одно из этих
двух устойчивых состояний. Такой переход мог бы произойти менее чем за десять
тысяч лет.
Жизнь существует на Земле на протяжении 3,85 млрд. лет. Все это время
средняя приземная температура заведомо не выходила за пределы +5 - +50°С и последние шестьсот миллионов лет колебалась в пределах +10 - +20°С. Это состояние
климата ничем физически не выделено.
Единственным объяснением существовавшей устойчивости пригодного для
жизни климата Земли является предположение о действии биотической регуляции
окружающей среды. Биотическая регуляция окружающей среды означает, что поведение альбедо, парникового эффекта и всех других, важных для жизни характеристик климата Земли, на которые жизнь может воздействовать, находятся под контролем глобальной биоты.
Разберем теперь конкретные механизмы биотической регуляции окружающей
среды.
Механизмы биотической регуляции окружающей среды
Перечислим несколько важнейших факторов, доказывающих существование
биотической регуляции окружающей среды.
1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в атмосферу компенсируется с огромной точностью депонированием органического углерода в осадочных породах, так что запасы неорганического углерода в атмосфере сохраняют порядок величины в течение сотен миллионов лет.
2. Отношения биогенов в океане С/N/Р/O2 (отношения Редфилда) совпадают
с отношениями при синтезе органического вещества. Это указывает на то, что концентрации этих биогенных элементов в океане сформированы и поддерживаются
биотой.
3. Круговорот воды на суше также определяется биотой суши. Речной сток в
океан равен осадкам, приносимым с океана. Речной сток в три раза меньше осадков
на суше. Следовательно, 2/3 осадков определяются испарением воды на суше, в котором доминирующая роль принадлежит биоте.
4. Современные данные по распределению радиоуглерода в океане и изменению кислорода в атмосфере указывают на то, что невозмущенная биота океана
поглощает избытки двуокиси углерода, выбрасываемые в атмосферу человеком, т.е.
функционирует в соответствии с отрицательными обратными связями, в то время
как сильно возмущенная человеком биота суши утратила эту способность.
72
5. Концентрация двуокиси углерода в атмосфере совпадает с концентрацией
растворенной двуокиси углерода в поверхностном слое океана и в три раза меньше,
чем в его глубинах. Это обеспечивается биотическим насосом: диффузионный поток
неорганического углерода из глубин океана к поверхности компенсируется синтезом
органического углерода у поверхности и его погружением в глубины океана, где он
разлагается. В результате биотой океана поддерживается концентрация двуокиси
углерода в атмосфере в три раза меньшая, чем она была бы в отсутствие биоты.
В отдельных природных сообществах, образующих локальные экосистемы,
соотношения между физическими потоками выноса биогенных элементов и биологической продуктивностью могут быть различными. Для почвенных биогенов физические потоки меньше биогенных. Концентрации таких биогенов (например, азота и
фосфора) могут отличаться в несколько раз или даже на порядки величин от их концентраций за пределами области активности живых организмов. Изменение концентраций биогенов в локальных экосистемах происходит за счет несовпадения по
объему синтеза и разложения.
Для всех атмосферных газов, наоборот, физические потоки много больше
биогенных. В этом случае концентрации биогенов в локальной экосистеме могут отличаться на малую величину от их концентраций во внешней окружающей среде.
Однако, если эта малая величина превосходит порог чувствительность биоты, то сообщества, изменяющие концентрации биогенов в благоприятном направлении, приобретают преимущество и увеличивают свою конкурентоспособность. Остальные
сообщества подвергаются естественному отбору. Поэтому все однородные сообщества, занимающие большие территории земной поверхности, уменьшают или увеличивают концентрации биогенов по отношению к их концентрациям во внешней среде
в одном и том же благоприятном для биоты направлении. В результате возникает
поток неорганических биогенов из внешней окружающей среды в локальные экосистемы, где увеличивается или уменьшается масса органического вещества. Очевидно, что такие процессы будут продолжаться до тех пор, пока концентрация неорганического биогена во внешней среде не сравняется с благоприятной для биоты концентрацией. Так происходит биотическая регуляция глобальных запасов биогенов в
биосфере.
Биотическая регуляция среды или адаптация к меняющейся среде
Возможны две принципиально различные реакции живых организмов на изменение окружающей среды.
В первом случае отклонение от оптимального для жизни состояния окружающей среды вызывает направленную на возвращение среды к оптимальному состоянию реакцию всех видов, скоррелированных в естественные сообщества. Другими
словами, при всех случайных флуктуациях среды жизнь возвращает среду к оптимальному состоянию, не позволяя среде значительно отклоняться от оптимума. Эта
реакция соответствует биотической регуляции окружающей среды.
Во втором случае особи каждого вида приспосабливаются к изменяющимся
условиям окружающей среды, так что эти изменившиеся условия становятся оптимальными для приспособившихся к ним организмов. Особи одних видов приспосабливаются к присутствию особей других видов. Возникает согласованное существование разных видов, что и составляет сообщество. Подобная реакция соответствует
адаптации к меняющейся среде.
Эти две реакции не могут быть совместимыми. Особи биологических видов
могут либо возвращать среду к выделенному оптимальному состоянию, либо приспосабливаться к изменившимся условиям. Если существует биотическая регуляция,
то виды биоты, в основной своей массе, не могут адаптироваться к произвольно изменившимся условиям окружающей среды. Если биота в целом придерживается
стратегии адаптации, то биотической регуляции быть не может. Какой из двух стратегий биота следует в действительности, может быть установлено только на основании однозначно интерпретируемого эмпирического материала. Выше было показано,
73
что многие данные об устойчивости климата и глобальном круговороте веществ
свидетельствуют в пользу биотической регуляции окружающей среды.
Биотическая регуляция — сложнейшая программа, информация о которой
должна быть записана в геномах видов естественного сообщества. Эта программа
направлена на поддержание сообществами конкретной оптимальной окружающей
среды. Информация о характеристиках этой среды также должна быть записана в
геномах видов. Если под воздействием случайных изменений внешних условий виды
будут менять свою генетическую программу, оптимальной для них может стать другая, новая окружающая среда, что и составляет сущность адаптации. Однако случайные изменения генома, связанные с адаптацией, не могут привести к появлению
новой «осмысленной» программы, которая бы поддерживала в устойчивом состоянии новую окружающую среду. Если же биота регулирует окружающую среду, то никаких неконтролируемых изменений среды произойти не может, и потребности в
адаптации не возникает. Таким образом, адаптация исключает биотическую регуляцию, и наоборот.
Адаптация связывается со способностью выживания в определенных условиях. Степень адаптации связывается со способностью производства максимального
количества потомков в заданных условиях. Существуют примеры того, что две популяции особей, принадлежащих к одному и тому же виду, оказываются приспособленными к двум различным типам условий, так что особи первой популяции не выживают (или дают меньшее количество потомков, чем особи второй популяции) в
условиях существования второй популяции, и наоборот. Это считается доказательством генетической адаптации.
Все подобные примеры имеют простое объяснение, не соответствующее
адаптации. Генетическая программа особей неустойчива и подвергается стиранию и
распаду в результате происходящих мутаций. Предотвращает такой распад конкурентное взаимодействие особей в популяции. Особи с сильно стертой генетической
программой приобретают явные уродливые отклонения и вытесняются из популяции
в результате стабилизирующего отбора. Однако процесс конкурентного взаимодействия есть процесс измерения качества особей, и, как любой процесс измерения,
характеризуется разрешающей способностью.
Особи, накопившие распадные изменения генома в количестве, меньшем
определенного порога, не проявляют явных уродливых отклонений и не подвергаются отбору. Все накопленные допороговые отклонения от нормальной генетической
программы сохраняются в популяции и определяют генетическое разнообразие ее
особей. Это разнообразие является случайным и при этом не адаптивным. Подтверждением существования порога накопления генетических отклонений является
наблюдаемое у всех видов жесткое ограничение генетического разнообразия.
Стабилизирующий отбор строго действует только в условиях естественной
экологической ниши вида. Здесь особи с нормальными генотипами, содержащие генетические изменения, не превышающие пороговых, обладают наибольшей конкурентоспособностью. При сильном отклонении от нормальных условий жизни конкурентоспособность нормальных особей падает. Стабилизирующий отбор эффективно
выключается, и в популяции начинается накопление особей с явными уродливыми
отклонениями. Некоторые из них, очевидно, будут производить наибольшее количество потомков. Появление этих явно уродливых особей, которые подвергаются жесткому стабилизирующему отбору в нормальных условиях, интерпретируется как адаптация к новым условиям. Их генотипы утрачивают информацию о том, что такое
нормальные условия и какие действия необходимо выполнять для возврата к этим
условиям. Если подобные отклонения от нормальных генотипов произошли бы во
всех видах глобальной биоты, то биотическая регуляция была бы полностью утрачена и начался бы процесс не контролируемого биотой изменения внешних условий
с переходом климата в непригодные для жизни состояния.
74
Очевидно, что измененные распадными процессами генотипы, обладатели которых выживают и дают наибольшее количество потомков в одних искаженных
условиях, не будут выживать или давать наибольшее количество потомков в других
искаженных условиях. Наиболее ярким примером подобной ситуации являются домашние животные и культурные сорта растений. Действительно, домашние животные, выпущенные в дикую природу, погибают, а близкородственные дикие животные
не могут жить в домашних условиях, потому что не удовлетворяют потребности человека. Культурные сорта растений не приживаются в дикой природе, а родственные
им сорняки на полях уничтожаются человеком.
Нежелательные соседи человека — клопы, вороны, мыши и пр. — это примеры
неосознанного, ненаправленного культивирования видов путем поддержания (или
создания) нарушенных состояний биоты. В результате нахождения вне естественных сообществ некоторые виды распадаются настолько, что теряют возможность
вернуться к естественному состоянию — домашняя мышь, клопы. У некоторых видов
изменяется естественное распределение особей: например, даурская лиственница в сообществах в результате постоянных антропогенных пожаров отсутствуют деревья с тонкой корой. Подобные примеры иллюстрируют не адаптацию, а разрушение
генома. Естественные ниши многих видов были очень узки до преобразования природы человеком. Естественные луга, например, встречаются в узкой прибрежной
полосе рек и берегов морей. Многие виды, жившие в этих областях, теперь живут на
полях и лугах, созданных людьми. Численность этих видов увеличилась на много
порядков в сравнении с естественной. Таковы полевые жаворонки и чибисы в сельской местности, вороны (в естественной природе встречающиеся чрезвычайно редко), голуби, стрижи в городах. Воробьи развили огромную численность вблизи жилья
людей и вообще исчезли в естественных условиях.
Все это не примеры адаптации, а иллюстрации использования антропогенных
условий, близких (по соответствующим характеристикам) к естественным для вида.
В частности, жизнь многих птиц дуплогнездников в домиках, построенных человеком,
не есть адаптация. Не является адаптацией построение гнезд в стенах каменных
домов голубями и стрижами. Изменение плотности популяций многих видов в сравнении с их естественным уровнем искажает естественную структуру сообществ и
нарушает биотическую регуляцию окружающей среды.
Таким образом, различия в выживаемости и плодовитости генотипов в отклоняющихся от нормы внешних условиях, которые подвергаются стабилизирующему
отбору в нормальных условиях, свидетельствуют не об адаптации, а о существовании процессов распада генома, стирающих информацию программы биотической регуляции окружающей среды.
Отметим еще одно необходимое условие существования биотической регуляции окружающей среды. Биота не может быть глобально скоррелированной системой - Геей в терминологии, предложенной Лавлоком. В любой единичной упорядоченной внутренне скоррелированной системе любые случайные процессы должны
приводить к распаду ее упорядоченности. Этот процесс эквивалентен накоплению
неупорядоченности (энтропии) в замкнутых физически организованных системах.
Единственным механизмом сохранения упорядоченности является стабилизирующий отбор, который может действовать только посредством конкурентного взаимодействия одинаково организованных особей в достаточно большой популяции. Основной организованной единицей, осуществляющей биотическую регуляцию, является сообщество организмов. Поэтому биота должна состоять из совокупности конкурентно взаимодействующих между собой однородных сообществ. При этом нормальным сообществом является то, которое регулирует среду наилучшим способом
в локальных масштабах, обеспечивая наилучший режим жизни всех видов, образующих сообщество.
75
При отсутствии адаптации биоты к искаженным условиям среды разрушение
биотической регуляции на освоенных человеком территориях обратимо. После прекращения антропогенного возмущения происходит восстановление аборигенных
естественных сообществ, содержащих правильную информацию о нормальных
условиях среды и способах их регуляции.
Восстановление естественных сообществ после их нарушения
После любых нарушений или после полного локального уничтожения биоты
происходит процесс восстановления растительного покрова и естественного сообщества видов организмов. Этот процесс восстановления носит название сукцессии и
характеризуется рядом важнейших свойств. Он напоминает эмбриональное развитие организма и восстановление поврежденного органа.
В процессе сукцессии наблюдаются характерные последовательные стадии
смены доминантных видов до тех пор, пока не установится определенное сообщество, сохраняющее постоянство распределения видов в течение неограниченно долгого времени при отсутствии внешних возмущений. Это установившееся распределение видов называется климаксовым сообществом. Так, например, в бореальных
лесах Европейского Севера климаксовыми сообществами являются ельники на суглинистых почвах и сосняки на песчаных почвах. И ельники и сосняки определяют
характерные для них сообщества остальных видов с фиксированными плотностями
численностей каждого вида. В климаксовом сообществе присутствуют все виды,
определяющие процесс сукцессии - восстановления сообщества после любых нарушений. Однако в процессе сукцессии кардинальным образом меняются плотности
популяций видов и их возрастное распределение. Подобно процессу эмбрионального развития, процесс сукцессии характеризуется строго определенным временем
полного восстановления климаксового сообщества. В бореальных лесах это время
составляет около 150 лет. Как и процесс эмбрионального развития разных особей
конкретных видов, характеристики процесса восстановления конкретных типов климаксовых сообществ в различных географических регионах совпадают.
При восстановлении климаксового растительного покрова после его нарушения происходит существенное изменение локального химического состава окружающей среды, при котором концентрации многих биогенов изменяются в десятки и
сотни раз. При этом виды, определяющие сукцессионные изменения в окружающей
их среде, меняют эту среду в направлении, благоприятном для климаксовых видов и
неблагоприятном для самих себя. Такие виды могут быть названы ремонтными. К
ремонтным видам хвойных климаксовых лесов относятся береза, осина, ольха,
ягодные растения (малина, брусника), съедобные грибы и большинство передвигающихся животных, которые питаются растительными ремонтными видами. Человек типичный в прошлом ремонтный вид — чувствует себя наиболее комфортно именно в
окружении ремонтных видов, в состоянии нарушенного и восстанавливающегося
климаксового сообщества. Само климаксовое сообщество кажется человеку диким и
неуютным.
Климаксовые сообщества могут поддерживать наиболее благоприятные для
себя локальные условия окружающей среды в устойчивом состоянии, компенсируя
любые возникающие случайные возмущения. Такое поведение иллюстрирует биотическую регуляцию окружающей среды.
Ремонтные виды сукцессии генетически запрограммированы на то, чтобы
изменять локальную окружающую среду в неблагоприятном для себя направлении.
Поэтому они принципиально не могут поддерживать окружающую среду в состоянии,
наиболее благоприятном для себя. Этот факт может ошибочно интерпретироваться
как отсутствие биотической регуляции. В процессе сукцессии локальная окружающая
среда проходит ряд стадий, в которых концентрации конкретных питательных веществ в органических и неорганических формах, распределение потоков энергии по
различным видам биоты и характер биохимических реакций изменяются в определенных границах. Эти концентрации оказываются благоприятными для конкретных
76
ремонтных видов, определяя условия, в которых эти виды оказываются наиболее
конкурентоспособными, т.е. вытесняют все ремонтные виды других стадий сукцессии, равно как и климаксовые виды. Деятельность ремонтных видов соответствующей стадии приводит к тому, что концентрация питательных веществ направленно
меняется и переходит границу благоприятной области ремонтного вида этой стадии,
за которой он теряет конкурентоспособность и вытесняется другим ремонтным видом следующей стадии. Этот процесс и составляет сукцессию. Она происходит до
тех пор, пока все концентрации в окружающей среде не достигнут значений, благоприятных для климаксовых видов, в которых эти виды имеют наибольшую конкурентоспособность и способность поддерживать окружающую среду в этом состоянии до
следующего нарушения.
Сукцессию невозможно остановить, стабилизировав на какой-либо ее стадии,
подобно тому, как невозможно остановить развитие эмбриона. С помощью внешних
возмущений возможно лишь торможение сукцессионного процесса. Существует пороговая величина возмущения, выше которого торможение сукцессионного процесса
сменяется его полным разрушением, после чего при прекращении такого возмущения сукцессия возобновляется с начальной стадии.
Климаксовые виды могут поддерживать генетическую устойчивость ремонтных видов, удаляя из популяции распадных особей с искаженной генетической программой, утративших необходимый уровень конкурентоспособности. Это своего рода «искусственный» отбор ремонтных видов, проводимых видами климаксового сообщества. Такой отбор позволяет практически выключить внутривидовое конкурентное взаимодействие между особями ремонтного вида и поддерживать существование этого вида в форме изолированных особей, контактирующих только с
климаксовыми видами и не образующих собственную популяцию в климаксовом состоянии. Ремонтный вид, однако, обязательно образует популяцию в соответствующей стадии сукцессионного процесса. В этом случае прямое внутривидовое конкурентное взаимодействие особей ремонтного вида дополнительно поддерживает
его генетическую устойчивость за счет стабилизирующего отбора особей в популяции.
При отсутствии периодических возвращений к климаксовому состоянию теряется информация о выделенной, оптимальной для климаксовых видов окружающей
среде, поддерживаемой климаксовыми видами, и о последовательных стадиях сукцессионного приближения к этой среде. Если бы произошла полная утрата такой
информации и сохранились только «необходимые» для жизни человека ремонтные
виды определенной стадии или их искусственные генетические модификации, то необратимо разрушилась бы способность жизни к биотической регуляции окружающей
среды. Окружающая среда потеряла бы при этом устойчивость в глобальных масштабах.
Заключение
Таким образом, при действии биотической регуляции окружающей среды
жизнь — это не совокупность произвольных видов, приспосабливающихся к любым
условиям окружающей среды, а механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, содержащих необходимую для
управления средой генетическую информацию.
Потенциал биотической регуляции, вероятно, достаточен для компенсации
современных антропогенных возмущений окружающей среды при условии существования естественной биоты на больших территориях. Возможность выживания
человечества состоит в восстановлении естественной биоты на большей части территории планеты в масштабах, достаточных для сохранения ее способности к регуляции окружающей среды в глобальных масштабах. Главной экологической задачей
человечества должно считаться не сокращение антропогенных загрязняющих выбросов, а сохранение естественной биоты Земли. Это сохранение должно сопровождаться полным прекращением дальнейшего освоения естественной биоты, в
77
частности, биоты открытого океана, и восстановлением естественной биоты на значительной освоенной части суши.
Горшков В.В., Горшков В.Г., Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Макарьева А.М.
Биотическая регуляция окружающей среды / Экологический вызов и устойчивое развитие. — М., 2000. — С. 373-388.
В.И. ВЕРНАДСКИЙ
НЕСКОЛЬКО СЛОВ О НООСФЕРЕ
<...>
Все эти годы, где бы я ни был, я был охвачен мыслью о геохимических и
биогеохимических проявлениях в окружающей меня природе (в биосфере).
Наблюдая ее, я в то же время направил интенсивно и систематически в эту сторону
и свое чтение и свое размышление.
<...>
Стоя на эмпирической почве, я оставил в стороне, сколько был в состоянии,
всякие философские искания и старался опираться только на точно установленные
научные и эмпирические факты и обобщения, изредка допуская рабочие научные
гипотезы. Это надо иметь в виду в дальнейшем.
В связи со всем этим в явления жизни я ввел вместо понятия «жизнь» понятие
«живого вещества», сейчас, мне кажется, прочно утвердившееся в науке. «Живое
вещество» есть совокупность живых организмов. Это не что иное, как научное,
эмпирическое обобщение всех известных и легко и точно наблюдаемых бесчисленных, эмпирически бесспорных фактов...
...В гуще, в интенсивности и в сложности современной жизни человек
практически забывает, что он сам и все человечество, от которого он не может быть
отделен, неразрывно связаны с биосферой - с определенной частью планеты, на
которой они живут. Они геологически закономерно связаны с ее материальноэнергетической структурой.
В общежитии обычно говорят о человеке как о свободно живущем и
передвигающемся на нашей планете индивидууме, который свободно строит свою
историю. До сих пор историки, вообще ученые гуманитарных наук, а в известной
мере и биологи, сознательно не считаются с законами природы биосферы — той земной оболочки, где может только существовать жизнь. Стихийно человек от нее не
отделим. И эта неразрывность только теперь начинает перед нами точно
выясняться.
В действительности, ни один живой организм в свободном состоянии на
Земле не находится. Все эти организмы неразрывно и непрерывно связаны - прежде
всего питанием и дыханием — с окружающей их материально-энергетической
средой. Вне ее в природных условиях они существовать не могут...
...Человечество, как живое вещество, неразрывно связано с материальноэнергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли — с ее
биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту...
В нашем столетии биосфера получает совершенно новое понимание. Она
выявляется как планетное явление космического характера.
В биогеохимии нам приходится считаться с тем, что жизнь (живые организмы)
реально существует не только на одной нашей планете, не только в земной
биосфере. Это установлено сейчас, мне кажется, без сомнений пока для всех так
называемых «земных планет», т.е. для Венеры, Земли и Марса...
В архивах науки, в том числе и нашей, мысль о жизни как о космическом
явлении существовала уже давно. Столетия назад, в конце XVII в. голландский
ученый Христиан Гюйгенс (1629-1695) в своей предсмертной работе, в книге
«Космотеорос», вышедшей в свет уже после его смерти, научно выдвинул эту
проблему...
78
Гюйгенс... установил научное обобщение, что «жизнь есть космическое
явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Это обобщение я назвал
недавно «принципом Гюйгенса».
Живое вещество по весу составляет ничтожную часть планеты...
Оно сосредоточено в тонкой, более или менее сплошной пленке на
поверхности суши в тропосфере - в лесах и в полях - и проникает весь океан.
Количество его исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента
биосферы по весу, порядка, близкого к 0,25%. На суше оно идет не в сплошных
скоплениях на глубину в среднем, вероятно, меньше 3 км. Вне биосферы его нет.
В ходе геологического времени оно закономерно изменяется морфологически.
История живого вещества в ходе времени выражается в медленном изменении
форм жизни, форм живых организмов, генетически между собой непрерывно
связанных, от одного поколения к другому без перерыва.
Веками эта мысль поднималась в научных исканиях; в 1859 г. она, наконец,
получила прочное обоснование в великих достижениях Ч. Дарвина (1809-1882) и А.
Уоллеса (1822-1913). Она вылилась в учение об эволюции видов - растений и
животных, в том числе и человека.
Эволюционный процесс присущ только живому веществу. В косном
веществе нашей планеты нет его проявлений.
<...>
...Младшие современники Ч. Дарвина — Д.Д. Дана (1813-1895) и Д. Ле-Конт
(1823-1901), два крупнейших североамериканских геолога (а Дана к тому же
минералог и биолог), выявили еще до 1859 г. эмпирическое обобщение, которое
показывает, что эволюция живого вещества идет в определенном направлении.
Это явление было названо Дана «цефализацией», а Ле-Контом «психозойской
эрой».
<...>
...Эмпирические представления о направленности эволюционного процесса без попыток теоретически их обосновать — идут глубже, в XVIII в. Бюффон (17071788) говорил о царстве человека, в котором он живет, основываясь на
геологическом значении человека.
<...>
Дана указал, что в ходе геологического времени, говоря современным языком,
т.е. на протяжении двух миллиардов лет, по крайней мере, а наверное много
больше, наблюдается (скачками) усовершенствование — рост — центральной
нервной системы (мозга), начиная от ракообразных, на которых эмпирически и
установил свой принцип Дана, и от моллюсков (головоногих) и кончая человеком.
Это явление и названо им цефализацией. Раз достигнутый уровень мозга
(центральной нервной системы) в достигнутой эволюции не идет уже вспять, только
вперед.
...Исходя из геологической роли человека, А.П. Павлов (1854-1929) в
последние годы своей жизни говорил об антропогенной эре, нами теперь
переживаемой...
Эта геологическая сила сложилась геологически длительно, для человека
совершенно незаметно. С этим совпало изменение (материальное прежде всего)
положения человека на нашей планете.
В XX в., впервые в истории Земли, человек узнал и охватил всю биосферу,
закончил географическую карту планеты Земля, расселился по всей ее
поверхности... И одновременно с этим, благодаря мощной технике и успехам
научного мышления, благодаря радио и телевидению, человек может мгновенно
говорить в любой точке нашей планеты с кем угодно. Перелеты и перевозки
достигли скорости нескольких сотен километров в час, и на этом они еще не
остановились.
79
Все это результат цефализации Дана (1856), роста человеческого мозга и
направляемого им его труда...
В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное
будущее, если он поймет это, и не будет употреблять свой разум и свой труд на
самоистребление.
<...>
Исторический процесс на наших глазах коренным образом меняется. Впервые
в истории человечества интересы народных масс — всех и каждого — и свободной
мысли личности определяют жизнь человечества, являются мерилом его
представлений о справедливости. Человечество, взятое в целом, становится
мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится
вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества
как единого целого.
Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого,
приближаемся, и есть «ноосфера»...
...Французский математик и философ-бергсонианец Э. Ле-Руа в своих лекциях
в Париже ввел в 1927 г. понятие «ноосферы» как современной стадии, геологически
переживаемой биосферой. Он подчеркивал при этом, что он пришел к такому
представлению вместе со своим другом, крупнейшим геологом и палеонтологом
Тейяром де Шарденом...
...Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней
впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен
перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать
коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним открываются
все более и более широкие творческие возможности. И, может быть, поколение
моей внучки уже приблизится к их расцвету.
<...>
Лик планеты - биосфера - химически резко меняется человеком сознательно и
главным образом бессознательно. Меняется человеком физически и химически
воздушная оболочка суши, все ее природные воды...
Сверх того человеком создаются новые виды и расы животных и растений...
В будущем нам рисуются как возможные сказочные мечтания: человек
стремится выйти за пределы своей планеты в космическое пространство. И,
вероятно, выйдет...
...Ноосфера — последнее из многих состояний эволюции биосферы в
геологической истории - состояние наших дней. Ход этого процесса только начинает
нам выясняться из изучения ее геологического прошлого в некоторых своих
аспектах. <...>
Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение
биосферы. Мы входим в ноосферу.
Мы вступаем в нее — в новый стихийный геологический процесс - в грозное
время, в эпоху разрушительной мировой войны.
Но важен для нас факт, что идеалы нашей демократии идут в унисон со
стихийным геологическим процессом, с законами природы, отвечают ноосфере.
Можно смотреть поэтому на наше будущее уверенно. Оно в наших руках. Мы
его не выпустим.
Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере // Научная мысль как
планетарное явление. — М., 1991. - С. 235-244.
80
П. ТЕЙЯР ДЕ ШАРДЕН
ФЕНОМЕН ЧЕЛОВЕКА
Мысль. Возникновение мысли
С чисто позитивистской точки зрения человек — самый таинственный и
сбивающий с толку исследователей объект науки. И следует признать, что в своих
изображениях универсума наука действительно еще не нашла ему места. Физике
удалось временно очертить мир атома. Биология сумела навести некоторый порядок
в конструкциях жизни. Опираясь на физику и биологию, антропология в свою
очередь кое-как объясняет структуру человеческого тела и некоторые механизмы
его физиологии. Но полученный при объединении всех этих черт портрет явно не
соответствует действительности. Человек в том виде, каким его удается
воспроизвести сегодняшней науке, - животное, подобное другим. По своей анатомии
он так мало отличается от человекообразных обезьян, что современные
классификации зоологии, возвращаясь к позициям Линнея, помещают его вместе с
ними, в одно и то же семейство гоминоидных. Но если судить по биологическим
результатам его появления, то не представляет ли он собой как раз нечто
совершенно иное?
Ничтожный морфологический скачок и вместе с тем невероятное потрясение
сфер жизни — в этом весь парадокс человека... Поэтому совершенно очевидно, что в
своих реконструкциях мира нынешняя наука пренебрегает существенным фактором,
или, лучше сказать, целым измерением универсума.
<...>
Для окончательного решения вопроса о «превосходстве» человека над
животными (его необходимо решить в интересах этики жизни, так же как в интересах
чистого знания...) я вижу только одно средство — решительно устранить из
совокупности человеческих поступков все второстепенные и двусмысленные
проявления внутренней активности и рассмотреть центральный феномен - рефлексию.
С точки зрения, которой мы придерживаемся, рефлексия — это приобретенная
сознанием способность сосредоточиться на самом себе и овладеть самим собой как
предметом, обладающим своей специфической устойчивостью и своим
специфическим значением, - способность уже не просто познавать, а познавать
самого себя; не просто знать, а знать, что знаешь. Путем этой индивидуализации
самого себя внутри себя живой элемент, до того распыленный и разделенный в
смутном кругу восприятии и действий, впервые превратился в точечный центр, в
котором все представления и опыт связываются и скрепляются в единое целое,
осознающее свою организацию.
Каковы же последствия подобного превращения? Они необъятны, и мы их так
же ясно видим в природе, как любой из фактов, зарегистрированных физикой или
астрономией. Рефлектирующее существо в силу самого сосредоточивания на самом
себе внезапно становится способным развиваться в новой сфере. В действительности это возникновение нового мира. Абстракция, логика, обдуманный выбор и
изобретательность, математика, искусство, рассчитанное восприятие пространства
и длительности, тревоги и мечтания любви... Вся эта деятельность внутренней
жизни - не что иное, как возбуждение вновь образованного центра, воспламеняющегося в самом себе...
И вот мы прямо перед тем, чего ожидали... Представляя собой возрастание
сознания, жизнь не могла бесконечно продвигаться вперед по своей линии, не
преобразуясь в глубину. Как всякая возрастающая в мире величина, она должна
была, утверждали мы, чтобы остаться самой собой, стать иной. Здесь в достижении
рефлектирующей способности обнаруживается более четко определимая, чем
тогда, когда мы проникли в смутную психику первых клеток, особенная и критическая
форма трансформации, в которой состояло для жизни это сверхизобретение или это
81
возрождение. И вместе с тем в этой единственной точке вновь выступает, резюмируется и уясняется вся кривая биогенеза.
<...>
...Едва родившись, ребенок должен дышать — иначе он умрет. Подобно этому
рефлектирующий психический центр, однажды сосредоточившись на себе, может
продолжать существование лишь путем единого двустороннего развития, которое
состоит в дальнейшем самососредоточении путем проникновения в новое
пространство и одновременно в сосредоточении вокруг себя остального мира, путем
установления в окружающей реальности все более стройной и лучше
организованной перспективы. Не неподвижно застывший очаг, а водоворот, все
более углубляющийся путем втягивания жидкости, в которой он возник. «Я», которое
сохраняется, лишь становясь все более самим собой, по мере того, как оно делает
собой все остальное...
<...>
...Начиная с расплывчатых контуров молодой Земли, мы беспрерывно
прослеживали последовательные стадии одного и того же великого процесса. Под
геохимическими, геотектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно
узнать один и тот же глубинный процесс - тот, который, материализовавшись в
первых клетках, продолжается в созидании нервных систем. Геогенез, сказали мы,
переходит в биогенез, который в конечном счете не что иное, как психогенез.
С критическим переходом к рефлексии раскрывается лишь следующий член
ряда. Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он
сменяется и поглощается более высокой функцией — вначале зарождением, затем
последующим развитием духа — ноогенезом. Когда в живом существе инстинкт
впервые увидел себя в собственном зеркале, весь мир поднялся на одну ступень...
...Геологи давно единодушно допускают зональность структуры нашей
планеты. Мы уже упоминали находящуюся в центре металлическую барисферу,
окруженную каменистой литосферой, поверх которой в свою очередь находятся
текучие оболочки гидросферы и атмосферы. К четырем покрывающим друг друга
оболочкам со времени Зюсса наука обычно вполне резонно прибавляет живую
пленку, образованную растительным и животным войлоком земного шара, биосферу, неоднократно упомянутую в этой книге. Биосфера — в такой же степени
универсальная оболочка, как и другие «сферы», и даже значительно более
индивидуализированная, чем они, поскольку она представляет собой не более или
менее непрочную группировку, а единое целое, саму ткань генетических отношений,
которая, будучи развернутой и поднятой, вырисовывает древо жизни.
Признав и выделив в истории эволюции новую эру ноогенеза, мы
соответственно вынуждены в величественном соединении земных оболочек
выделить пропорциональную данному процессу опору, т.е. еще одну пленку. Вокруг
искры первых рефлектирующих сознании стал разгораться огонь. Точка горения
расширилась. Огонь распространился все дальше и дальше. В конечном итоге
пламя охватило всю планету. Только одно истолкование, только одно название в
состоянии выразить этот великий феномен — ноосфера. Столь же обширная, но, как
увидим, значительно более цельная, чем все предшествующие покровы, она
действительно новый покров, «мыслящий пласт», который, зародившись в конце
третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных вне биосферы и над ней.
Здесь-то и выступает ярко диспропорция, искажающая всю классификацию
живого мира (и косвенно все строение физического мира), при которой человек
логически фигурирует лишь как род или новое семейство. Извращение перспективы,
которое обезличивает и развенчивает имеющий универсальное значение феномен!
Для того чтобы предоставить человеку его настоящее место в природе,
недостаточно в рамках систематики открыть дополнительный раздел — даже еще
один отряд, еще одну ветвь... Несмотря на незначительность анатомического скачка,
82
с гоминизацией начинается новая эра. Земля «меняет кожу». Более того, она
обретает душу. Следовательно, если сопоставить ее с другими явлениями, взятыми
в их истинных размерах, историческая ступень рефлексии имеет более важное
значение, чем любой зоологический разрыв, будь то разрыв, отмечающий
возникновение четвероногих или даже самих многоклеточных. Среди последовательных этапов, пройденных эволюцией, возникновение мысли непосредственно
следует за конденсацией земного химизма или за самим возникновением жизни и
сравнимо по своему значению лишь с ними.
Парадокс человека разрешается, приобретая огромное значение!
<...>
Самый проницательный исследователь нашей современной науки может
обнаружить здесь, что все ценное, все активное, все прогрессивное, с самого начала
содержавшееся в космическом лоскуте, из которого вышел наш мир, теперь
сконцентрировано в «короне» ноосферы.
И высокопоучительна (если мы умеем видеть) констатация того, сколь
незаметно в силу универсальной и длительной подготовки произошло такое
громадное событие, как возникновение этой ноосферы.
Сверхжизнь. Коллективный выход
...И здесь мы возвращаемся к тому пункту проблемы, куда привел нас
должным образом установленный до этого факт слияния человеческих мыслей. Как
коллективная... реальность, человечество может быть понято лишь в той мере, в
какой мы выходим за пределы его телесных, осязаемых конструкций и попытаемся
определить специфический тип сознательного синтеза, возникающий из его
трудолюбиво и искусно созданной концентрации. В конечном счете человечество
определимо именно как дух.
<...>
...Стоит выработать совершенно реалистический взгляд на ноосферу и
гиперорганическую природу социальных связей, как нынешнее состояние мира
становится более понятным, ибо обнаруживается очень простой смысл в глубоких
волнениях, колеблющих в настоящий момент человеческий пласт. Двойной кризис,
уже всерьез начавшийся в неолите и приближающийся к своему максимуму на
нынешней Земле, прежде всего связан, об этом уже говорилось, с массовым
сплочением (с «планетизацией», можно бы сказать) человечества: народы и
цивилизации достигли такой степени периферического контакта, или экономической
взаимозависимости, или психической общности, что дальше они могут расти, лишь
взаимопроникая друг в друга. Но этот кризис связан также с тем, что мы
присутствуем при громадном выходе наружу незанятых сил, возникших под
комбинированным влиянием машины и сверхвозбуждения. Современный человек не
знает, что делать со временем и с силами, которые он выпустил из своих рук. Мы
стонем от этого избытка богатств...
<...>
Сверхжизнь. Завершающий этап Земли
...Я предполагаю, что нашей ноосфере предназначено обособленно
замкнуться в себе и что не в пространственном, а в психическом направлении она
найдет, не покидая Земли и не выходя за ее пределы, линию своего бегства.
И здесь совершенно естественно вновь выступает понятие изменения
состояния.
В нас и через нас ноогенез постоянно поднимается ввысь. Мы выявили
основные моменты этого подъема — сближение крупинок мысли; синтез индивидов и
синтез наций и рас; необходимость существования автономного и верховного
личного очага для объединения элементарных личностей без искажения и в
атмосфере активной симпатии. Все это, отметим еще раз, под совместным
воздействием сферической кривизны Земли и космической конвергентности духа
существует в соответствии с законом сложности и сознания.
83
Ну так вот, когда в результате скопления достаточного множества элементов
это существенно конвергентное развитие достигает такой интенсивности и такого
качества, что для дальнейшего своего объединения человечество, взятое в целом,
должно, как это случилось с индивидуальными силами инстинкта, в свою очередь,
«пунктуально» осознать само себя (то есть в данном случае покинуть свою органопланетарную опору и эксцентрироваться к трансцендентному центру своей
возрастающей концентрации), тогда-то и наступит для Духа Земли финал и
увенчание.
Конец света — внутренний возврат к себе целиком всей ноосферы, достигшей
одновременно крайней степени своей сложности и своей сосредоточенности.
Конец света — переворот равновесия, отделение сознания, в конце концов
достигшего совершенства, от своей материальной матрицы, чтобы отныне иметь
возможность всей своей силой покоиться в боге-омеге.
Конец света — критическая точка одновременного возникновения и
обнаружения, созревания и ускользания.
Тейяр де Шарден П. Феномен человека. — М., 1987. - С. 133-186.
В. П. КАЗНАЧЕЕВ, Е. А. СПИРИН
КОСМОПЛАНЕТАРНЫЙ ФЕНОМЕН ЧЕЛОВЕКА
Организованность монолита земной жизни и космопланетарное
измерение человека
...Научные данные, полученные к настоящему времени в рамках экологии
человека и космической антропоэкологии, делают все более очевидной взаимосвязь
между дальнейшим существованием биосферы и ноосферы и космическими
факторами. В космопланетарном аспекте биосфера является своеобразной
«пленкой жизни» на поверхности планеты... Около 3,8 млрд. лет она преобразовывала лик Земли, существенным образом воздействовала на динамику
литосферных, гидросферных и атмосферных процессов. За это время, аккумулируя
энергию космических излучений, биосфера и живое вещество сформировали
саморегулирующиеся механизмы, которые обеспечили им внутреннее саморазвитие
и дали гарантии защиты от вредных и губительных факторов космической среды...
...Было экспериментально установлено, что живые организмы способны
улавливать из Космоса электромагнитные потоки и перерабатывать их энергию,
прежде всего в процессе фотосинтеза. На компенсаторно-защитную роль биосферы
впервые серьезное внимание обратил А.Л.Чижевский. Он сформулировал закон
квантитативно-компенсаторной функции биосферы... и выявил многочисленные
факторы влияния космического излучения Солнца на процессы жизнедеятельности
живых организмов, в том числе и человека...
Представление об эволюции биосферы и ее превращении в ноосферу в ходе
социально-природного развития человека как части универсального процесса
космопланетарной эволюции разрабатывал В.И. Вернадский. Данные, накопленные
в области современной глобальной экологии, подтверждают предположения этого
ученого и свидетельствуют о том, что человечество, все глубже вмешиваясь в
природные космопланетарные процессы и преобразуя биосферу, берет на себя все
возрастающую ответственность за осуществление указанных процессов, в том числе
за компенсаторную функцию биосферы...
Становится все более ясным, что указанные функции биосферы следует
всесторонне изучать, и регулировать их можно только на основе данных
современной науки. Особенно очевидным это стало с появлением космических
методов исследований земного и околоземного пространства. Данные, полученные с
помощью этих методов, показывают, насколько грандиозны масштабы взаимосвязи
жизни на Земле, включая самого человека, с космическим пространством,
зависимости земной жизни от Космоса. Можно наблюдать, как земная глобальная
84
экология и региональная экология, исследующие закономерности перехода
биосферы в ноосферу, все больше превращаются в экологию космическую, в рамках
которой взаимодействие живой природы с окружающей средой, и особенно
процессы планетарных масштабов, изучается в аспекте связей явлений жизни с
космическим пространством. Сама поверхность планеты начинает рассматриваться
как часть планетарного космического тела и окружающей космопланетарной среды...
Таким образом, земная экология (включая экологию человека) становится
частью широкого комплекса наук, концентрирующихся вокруг космической экологии,
которая изучает процессы взаимодействия живого и косного вещества как
космические процессы. Задачи экологии человека все более усложняются в силу
необходимости учета многих космических факторов и процессов. Преобразуя
окружающую среду, биосферу в целом, атмосферу, гидросферу, литосферу,
человечество, как мы уже говорили, оказывается в прямой зависимости от
космических факторов. Возможности преобразования этих факторов и защита от их
действия ныне все больше обусловливаются достижениями научно-технического
прогресса...
Земная экология человека, несмотря на то, что это еще молодая наука,
сегодня определяет решение практически всех вопросов экологического
проектирования и преобразования живой и неживой природы. При этом она, как уже
отмечалось, во все большей мере подвергается космизации, превращаясь в
важнейший раздел более широкой науки — космической антропоэкологии...
...Разделение экологии человека на земную и космическую сегодня уже
достаточно условно, ибо земная экология в естественно-историческом аспекте
отражает космическую суть человечества. Таким образом, космическая
антропоэкология - это дальнейшее, качественно новое развитие экологии человека.
Если экология человека исследует закономерности взаимодействия людских
популяций с окружающей средой, проблемы развития народонаселения, сохранения
и развития здоровья людей, то космическая антропоэкология — это комплекс наук о
среде обитания, здоровье и эволюции человека в земных и неземных условиях
космического пространства...
Говоря о проблемах, стоящих перед экологией человека и космической
антропоэкологией, необходимо иметь в виду, что под влиянием научно-технического
прогресса взаимодействия человека и космопланетарных процессов приобретают
определенную специфику, в частности кардинально изменяется характер использования энергетических ресурсов. На основе достижений современной энергетики
осуществляются преобразования на поверхности планеты, которые достигают
планетарно-космических масштабов. Происходит глобальное дифференцирование
поверхности земного шара, его биосферы. Целенаправленное хозяйственное
освоение превращает территорию Земли в специализированные производственнобиосферные комплексы: создаются и получают все большее развитие гигантские
комбинаты, например по получению энергетических ресурсов, расширяется
транспортная сеть, в хозяйственных целях используются атмосфера, поверхности и
глубины океанов, морей, все больше эксплуатируются зоны шельфов и зоны
распространения аквакультур.
Производственно-экономическое дифференцирование биосферы сочетается
со все большей концентрацией людей в городах и городских агломерациях,
сопровождается значительными изменениями в организации биосферы, а также в
психофизиологической организации человека, биосоциальной организации
человеческих популяций, сдвигами в состоянии здоровья населения, в частности
распространением хронической патологии.
Параллельно преобразованиям биосферы благодаря использованию новых
мощных источников энергии, новых типов двигателей осуществляется выход
человека в ближний и дальний Космос. Если в работах В.И. Вернадского, К.Э.
85
Циолковского, А.Л. Чижевского и других ученых предлагалась теоретическая картина
Земли как космического тела, то сегодня эта картина может быть проверена и
откорректирована с помощью методов космической, спутниковой съемки и т.д.
Сформировалось новое фундаментальное и научно-практическое направление космическое землеведение. В рамках этого нового комплексного направления науки
предусматривается изучение глобальных и локальных структур земной коры,
динамики геолого-географических процессов, прогнозирование биопродуктивности
акваторий, изучение лесных ресурсов, контроль состояния и динамики загрязнения
биосферы.
<...>
...Определяя биосферу как естественно-природное явление, В.И. Вернадский
в основе его видит прежде всего процесс — космопланетарную эволюцию Земли и
деятельность живого вещества как главного фактора этой эволюции. Биосфера в
условиях Земли является своеобразным вместилищем живого вещества, включает
его как основу. В этом плане она предстает как сложная саморегулирующаяся
космопланетарная система, новая оболочка Земли...
Биосфера... активно поглощая солнечную энергию и космические излучения,
превращает ее компоненты в высокоорганизованные живые биокосные тела. Почти
за 4 млрд. лет живым веществом биосферы геологически переработана верхняя
часть литосферы Земли, а основной состав атмосферы и гидросферы - это ее производные.
Чрезвычайно важно исследовать механизмы «общения» Земли с космической
средой, причем не только с потоками электромагнитных полей элементарных частиц
(нейтрино и др.), но и с физико-химическими телами и образованиями. Речь идет о
захвате гравитационным полем Земли метеоритных и пылевых масс космического
происхождения. Требует специального изучения и «захват» органического
космического вещества различной природы. Все перечисленные космические
элементы при попадании в атмосферу, на поверхность Земли выступают не только
как материально-энергетические потоки, но и как потоки — носители определенной
информации.
Несомненно, что космопланетарные связи во всех этих отношениях
значительно многообразнее, чем нам известно сейчас, и космопланетарное
единство более значимо для процессов эволюции Земли, ее биосферы. «Мы имеем
здесь дело с установившимся динамическим равновесием - материальноэнергетическим обменом планеты с окружающей ее космической средой. Этой
устойчивости для энергетического обмена, по-видимому, нет. Земля получает
больше, чем отдает...», - так В.И. Вернадский предвосхитил современные научные
представления...
Анализ системного саморегулирования биосферы, ее живого вещества
необходимым образом требует учета влияний окружающей космической среды. В.И.
Вернадский... говорил в этой связи о совокупности космических излучений. Следует
отметить, что космические факторы наряду с излучениями, порождаемыми триадой
физических фундаментальных взаимодействий (электромагнетизм, сильное и
слабое ядерные взаимодействия), включают и факторы, определяемые
гравитацией.
Системное
саморегулирование
биосферы,
ее
устойчивая
неравновесность зависят от полной совокупности действующих факторов, имеющих
указанную природу.
<...>
...Потоки солнечно-космической энергии, теллурические ее источники
взаимодействуют друг с другом на поверхности Земли и в прилегающем
пространстве. В механизме этого взаимодействия важнейшая роль принадлежит
термодинамической циркуляции водных переносов в атмосфере, на поверхности
Земли и в ее глубинах. Далее, живое вещество, активно поглощая энергию Солнца,
86
перерабатывает ее в живые, биокосные структуры. Этот второй путь
взаимодействия потоков энергии существенно ассимилирует первый и в
совокупности с ним становится новой геологической силой, изменяя и формируя лик
Земли в геологическом времени.
Казначеев В.П., Спирин Е.А. Космопланетарный феномен человека: проблемы
комплексного изучения. - Новосибирск, 1991. - С. 36-57.
87
ЙОХАННЕСБУРГСКАЯ ДЕКЛАРАЦИЯ ПО УСТОЙЧИВОМУ РАЗВИТИЮ
От наших истоков к будущему
1. Мы, представители народов мира, собравшиеся на Всемирную встречу на
высшем уровне по устойчивому развитию в Йоханнесбурге, Южная Африка, со 2 по
4 сентября 2002 года, вновь подтверждаем нашу приверженность устойчивому развитию.
2. Мы заявляем о нашей приверженности строительству гуманного, справедливого и заботливого глобального общества, сознающего, что все нуждаются в
человеческом достоинстве.
3. В начале нашей Встречи на высшем уровне дети всего мира обратились к
нам с простыми и ясными словами о том, что будущее принадлежит им, и поэтому
призвали всех нас сделать так, чтобы благодаря нашим усилиям они унаследовали мир, свободный от унижений и позора, вызываемых нищетой, деградацией окружающей среды и моделями неустойчивого развития.
4. Отвечая этим детям, которые олицетворяют наше общее будущее, мы,
в частности, заявляем, что все мы, собравшись со всех уголков Земли и принеся с
собой различный жизненный опыт, стоим в едином строю, проникнутые глубоким пониманием того, что мы должны немедленно заняться строительством нового, более
светлого будущего, воплощающего наши надежды.
5. Исходя из этого, мы берем на себя коллективную ответственность за усиление и упрочение взаимосвязанных и подпирающих друг друга основ устойчивого развития: экономического развития, социального развития и охраны
окружающей среды на местном, национальном, региональном и глобальном уровнях.
6. С этого континента, являющегося колыбелью человечества, мы, принимая
План осуществления Всемирной встречи на высшем уровне по устойчивому
развитию и настоящую Декларацию, заявляем о нашей ответственности друг
перед другом, перед всем человечеством и перед нашими детьми.
7. Признавая, что человечество находится на перепутье, мы объединились в
общем стремлении предпринять решительные усилия для позитивного реагирования на необходимость подготовки практического и зримого плана, который должен обеспечить искоренение нищеты и развитие человеческого потенциала.
От Стокгольма до Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурга
8. Тридцать лет назад в Стокгольме мы согласились с тем, что необходимо принять срочные меры для решения проблемы деградации окружающей
среды. Десять лет назад на Конференции Организации Объединенных Наций по
окружающей среде и развитию, проведенной в Рио-де-Жанейро, мы согласились
с тем, что охрана окружающей среды и социально-экономическое развитие
имеют огромное значение для устойчивого развития на основе Рио-деЖанейрских принципов. В целях обеспечения такого развития мы приняли глобальную программу, озаглавленную «Повестка дня на XXI век», и Рио-де-Жанейрскую
декларацию по окружающей среде и развитию, приверженность которым мы
вновь подтверждаем. Рио-де-Жанейрская конференция была важной вехой, поскольку на ней была определена новая повестка дня для устойчивого развития.
9. В перерыве между встречами в Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурге народы
всего мира собирались на несколько международных конференций под эгидой Организации Объединенных Наций, включая Международную конференцию по финансированию развития, а также Конференцию министров в Дохе. На этих конференциях для всего мира было выработано общее видение ожидающего человечества будущего.
10. На Встрече на высшем уровне в Йоханнесбурге мы достигли многого, сведя вместе богатую палитру народов и мнений в рамках конструктивного поиска общего пути к миру, который уважает и претворяет в жизнь идею устойчивого
88
развития. Встреча на высшем уровне в Йоханнесбурге подтвердила также, что
был достигнут значительный прогресс в деле достижения глобального консенсуса и партнерства между всеми народами на нашей планете.
Стоящие перед нами задачи
11. Мы признаем, что искоренение нищеты, изменение моделей потребления
и производства, а также охрана и рациональное использование природной ресурсной базы в интересах социально-экономического развития являются главнейшими целями и основными потребностями устойчивого развития.
12. Глубокий водораздел, разделяющий человеческое общество на богатых и бедных, и постоянно увеличивающийся разрыв между развитыми и развивающимися странами создают серьезную угрозу для процветания, безопасности
и стабильности мира.
13. Глобальной окружающей среде до сих пор наносится ущерб. Продолжается потеря биологического разнообразия и истощение рыбных запасов,
опустынивание поглощает все больше плодородных земель, пагубные последствия изменения климата уже очевидны, стихийные бедствия становятся все более
частыми и все более разрушительными, развивающиеся страны становятся все
более уязвимыми, а загрязнение воздуха, воды и морской среды продолжает лишать миллионы людей достойной жизни.
14. Вследствие глобализации у этих проблем появился один новый аспект. Быстрая интеграция рынков, движение капиталов и значительное расширение инвестиционных потоков по всему миру обусловили новые проблемы и
возможности на пути к обеспечению устойчивого развития. Однако блага и издержки глобализации распределяются неравномерно, а развивающиеся страны
сталкиваются с особыми трудностями в ходе усилий по решению этих проблем.
15. Над нами нависла опасность того, что это глобальное неравенство укоренится, и, если мы не примем мер для того, чтобы радикальным образом изменить
жизнь бедных слоев мира, они могут утратить веру в своих представителей и в демократические системы, которым мы по-прежнему привержены, поскольку они будут
рассматривать своих представителей всего лишь как пустозвонов и празднословов.
Наша приверженность устойчивому развитию
16. Мы полны решимости обеспечить, чтобы наше огромное разнообразие, которое придает нам всем силы, использовалось для коллективного партнерства в интересах достижения изменений и общей цели устойчивого развития.
17. Признавая важность укрепления человеческой солидарности, мы
настоятельно призываем развивать диалог и сотрудничество между цивилизациями
и народами мира, независимо от расы, инвалидности, религии, языка, культуры
или традиций.
18. Мы приветствуем то, что на Встрече на высшем уровне в Йоханнесбурге в
центре внимания было неделимое человеческое достоинство, и мы полны решимости благодаря решениям относительно целей, сроков и партнерства быстро
увеличить возможности удовлетворения таких основных потребностей, как потребности в чистой воде, санитарии, адекватном жилье, энергии, охране здоровья,
продовольственной безопасности и охране биологического разнообразия. В то же
время мы будем взаимодействовать друг с другом, с тем чтобы помочь друг другу
получить доступ к финансовым ресурсам, воспользоваться благами, вытекающими из открытия рынков, добиться укрепления потенциала, использовать современную технологию в интересах развития и принять меры для того, чтобы
обеспечить передачу технологий, развитие человеческого потенциала, образования и подготовку кадров, с тем чтобы слаборазвитость навеки канула в Лету.
19. Мы подтверждаем наше обязательство уделять особое и первоочередное внимание борьбе с такими мировыми условиями, которые создают се89
рьезную угрозу устойчивому развитию наших народов и в число которых входят
хронический голод; недоедание; иностранная оккупация; вооруженные конфликты;
проблемы, связанные с незаконными наркотиками; организованная преступность;
коррупция; стихийные бедствия; незаконный оборот оружия; торговля людьми;
терроризм; нетерпимость и подстрекательство к расовой, этнической, религиозной и
другой ненависти; ксенофобия, а также эндемичные, заразные и хронические болезни, включая ВИЧ/СПИД, малярию и туберкулез.
20. Мы привержены обеспечению того, чтобы меры по расширению возможностей и эмансипации женщин и достижению равенства мужчин и женщин были включены во все мероприятия, предусмотренные Повесткой дня на XXI век,
целями развития в новом тысячелетии и Планом осуществления решений Встречи
на высшем уровне.
21. Мы признаем тот факт, что у мирового сообщества есть средства и ресурсы для решения проблем, связанных с искоренением нищеты и обеспечением
устойчивого развития, которые стоят перед всем человечеством. Мы вместе
предпримем дополнительные шаги для обеспечения того, чтобы эти имеющиеся ресурсы использовались на благо человечества.
22. В этой связи, для того чтобы содействовать достижению наших целей развития, мы настоятельно призываем развитые страны, которые еще не сделали этого, предпринять конкретные усилия для достижения согласованных на
международном уровне объемов официальной помощи в целях развития.
23. Мы приветствуем и поддерживаем формирование более сильных региональных группировок и союзов, таких, как Новое партнерство в интересах развития Африки, в целях содействия региональному сотрудничеству, расширению
международного сотрудничества и устойчивому развитию.
24. Мы будем продолжать уделять особое внимание потребностям развития малых островных развивающихся государств и наименее развитых стран.
25. Мы вновь подтверждаем жизненно важную роль коренных народов в
устойчивом развитии.
26. Мы признаем, что для обеспечения устойчивого развития необходимы
долгосрочная перспектива и широкое участие в разработке политики, в принятии и
осуществлении решений на всех уровнях. Выступая в качестве социальных партнеров, мы будем продолжать добиваться формирования стабильных партнерских
отношений со всеми основными группами, уважая при этом независимую важную
роль каждой из них.
27. Мы согласны с тем, что в ходе осуществления своей законной деятельности частный сектор, включая как большие, так и малые компании, обязан вносить
свой вклад в формирование справедливо устроенных и стабильных общин.
28. Мы согласны также оказать помощь в целях увеличения занятости,
приносящей доход, учитывая при этом Декларацию об основных принципах и правах
на работе Международной организации труда.
29. Мы согласны с тем, что корпорации частного сектора должны обеспечивать подотчетность корпораций в условиях транспарентного и стабильного регулирования их деятельности.
30. Мы обязуемся усилить и улучшить управление на всех уровнях в
целях эффективного осуществления Повестки дня на XXI век, целей развития в
новом тысячелетии и Плана осуществления решений Встречи на высшем уровне.
Будущее за многосторонним подходом
31. Для достижения наших целей устойчивого развития нам нужны более эффективные, демократичные и подотчетные международные и многосторонние учреждения.
32. Мы вновь подтверждаем нашу приверженность целям и принципам Устава
Организации Объединенных Наций и международному праву, а также укреплению
90
многосторонности. Мы поддерживаем ведущую роль Организации Объединенных Наций как самой универсальной и представительной организации в мире, у которой имеются наилучшие возможности для содействия устойчивому развитию.
33. Мы обязуемся также регулярно следить за достижением наших целей
в области устойчивого развития.
Да будет так!
34. Мы согласны с тем, что такой процесс должен быть всеобъемлющим
и должен включать все основные группы и правительства, которые участвовали в
исторической Встрече на высшем уровне в Йоханнесбурге.
35. Мы обязуемся действовать сообща, будучи объединенными нашей общей решимостью спасти нашу планету, содействовать развитию человеческого
потенциала и достичь всеобщего процветания и мира.
36. Мы обязуемся выполнить План осуществления решений Всемирной
встречи на высшем уровне по устойчивому развитию и ускорить достижение
содержащихся в нем оговоренных по срокам целей в социально-экономической и
экологической области.
37. Находясь на Африканском континенте, который является колыбелью
человечества, мы торжественно обязуемся перед народами мира и перед поколениями, которые неизбежно унаследуют нашу Землю, решительно действовать
для обеспечения того, чтобы наша общая надежда на устойчивое развитие сбылась.
91
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Биогеохимические циклы в биосфере // Материалы 7 Пленума СКОПЕ. — М.:
Наука, 1976.
Биосфера: эволюция, пространство, время: Биографические очерки. Сборник
статей. — М., 1988.
Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. — СПб, 1996.
Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера // Библиотека трудов акад. В.И.
Вернадского. Живое вещество и биосфера. - М., 1994.
Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере // Научная мысль как планетарное явление. — М., 1991.
Водопьянов П.А. Устойчивость и динамика биосферы. — Минск, 1981.
Гиренок Ф.И. Экология. Цивилизация. Ноосфера. - М.: Наука, 1989.
Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие. — М.: Прогресс-Традиция, 2000.
Доклад конференции ООН по окружающей среде и развитию. - Рио-деЖанейро, 1992. Т. 1, Нью-Йорк, 1993.
Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека (экологические системы и биосфера). — М., 1968.
История взаимодействия общества и природы: факты и концепции. - М., 1990.
Казначеев В.П. Учение о биосфере. Этюды о научном творчестве В.И. Вернадского. - М., 1985.
Казначеев В.П., Спирин Е.А. Космопланетарный феномен человека: проблемы
комплексного изучения. - Новосибирск, 1991.
Камшилов М.М. Эволюция биосферы. — М.: Наука, 1979.
Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. — Ростов на Дону: Феникс, 2000.
Лапо А.В. Следы былых биосфер. - М.: Знание, 1987.
Панин М.С. Химическая экология. — Семипалатинск, 2002.
Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы. - СПб:
Химия, 1997.
Пивоварова Ж.Ф. Биосфера и человек. — Новосибирск: Изд-во НГПУ, 1998.
Тейяр де Шарден П. Феномен человека. — М., 1987.
92
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. Формирование концепции биосферы ……………………………………….
1.1.
1.2.
Определение понятия биосферы ……………………………………………………..
Основные свойства биосферы ………………………………………………………...
3
3
4
ГЛАВА 2. В.И. Вернадский — основоположник учения о биосфере ……………….
2.1. Жизнедеятельность В.И. Вернадского ………………………………………...........
2.2. Значение
основных
трудов
В.И.
Вернадского
в
развитии
естествознания ………………………………………………………………………….
7
7
8
ГЛАВА 3. Живое вещество, его средообразующие свойства ………………………
3.1. Свойства живого вещества ……………………………………………………………..
3.2. Функции живого вещества ………………………………………………………………
3.3. Химический состав живого вещества …………………………………………………
11
11
14
17
ГЛАВА 4. Эволюция биосферы ……………………………............................................
4.1. Теории происхождения жизни ………………………………………………………….
4.2. Этапы эволюции ……………………………………………………………….…………
4.3. Краткая история развития жизни на Земле……………………...............................
21
21
29
30
ГЛАВА 5. Механизмы устойчивости биосферы ……………………………………….
5.1. Синергетика биосферы…………………………………………………………………..
5.2. Динамика популяций …………………………………………………………………….
5.3. Жизненные стратегии ……………………………………………………………………
5.4. Реализация экологических ниш ………………………………………………………..
5.5. Сукцессии сообществ ……………………………………………………………………
5.6. Принцип экологической эквивалентности ……………………………………………
34
34
35
39
42
43
44
ГЛАВА 6. Учение о ноосфере ……………………………………………………………….
6.1. Понятие о ноосфере ……………………………………………………………………..
6.2. Условия ноосферной организации ……………………………………………………
6.3. Структура ноосферы …………………………………………………………………….
46
46
47
48
ГЛАВА 7. Концепция устойчивого развития …………………………………………….
7.1. К понятию устойчивое развитие ……………………………………………………….
7.2. Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию……………
7.3. Казахстан на пути к устойчивому развитию………………………………………….
50
50
53
55
Тестовые задания для самоконтроля …………………………………………………….
57
Глоссарий ………………………………………………………………………………………..
66
Литература для дополнительного чтения ….………………………………..................
68
Литература …………………………………………………………………………..................
92
93
Учебное пособие
Артамонова Елена Николаевна
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И НООСФЕРЕ
Подписано в печать 18.02.2010 г.
Формат 60х84/16. Объем 5,8 п.л. Тираж 100 экз.
Издательский дом «Интеллект»
г. Семей, ул. Шугаева, 4, тел. 63-12-17