Эволюция представлений о биосфере

ТЕМА 14. БИОСФЕРА И ЭКОЛОГИЯ

Биосфера представляет собой наиболее обширное объединение живых существ. Представления о биосфере менялись и уточнялись с развитием науки, но главным в них оставалась идея целостной картины живой природы, а также взаимодействия живых систем со средой их обитания. Проблемы такого взаимодействия составляют содержание экологических исследований.

Эволюция представлений о биосфере

В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни. В таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности «пространство жизни», «картина природы», «живая оболочка Земли» и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. Даже автор самого термина «биосфера» Э. Зюсс в книге «Лик Земли» (1909 г.) не замечал обратного воздействия биосферы на неорганическую природу.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Жан-Батист Ламарк (1744-1829). Он подчеркивал, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов».

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов на окружающую их неорганическую среду все настойчивее проникала в сознание ученых. Поэтому на рубеже XIX - ХХ вв. в науку все шире проникают идеи целостного подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод её исследования.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физико-химические, условия. Так, оказалось, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы.

Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой, сама воздействует на нее. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 - 1945).

Концепция Вернадского о биосфере опирается на понятие о живом веществе, котороеВ. И. Вернадский определяеткак совокупностьживыхорганизмов. Главные компоненты биосферы — живые организмы (живое вещество), среда их обитания (косное вещество), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т.п.) — непрерывно взаимодействуют между собой, образуя целостную динамическую систему. Многообразие живых систем поражает воображение. За все время эволюции жизни на Земле существовало всего около 500 млн. различных видов живых организмов. Ныне насчитывается около 1,2 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Минеральных же видов неживой материи («косное вещество») насчитывается лишь около 10 тыс. видов. Кроме растений и животных Вернадский включает в биосферу и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ,

· во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени;

· во-вторых, тем специфическим воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Поэтому Вернадский рассматривает «геохимическую работу живого вещества» в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого. В биосферу он включал и все продукты жизнедеятельности, выработанные за время существования жизни. Так называемый «культурный слой» особенно наглядно заметен в городах. На целые метры уходят в землю здания, построенные человеком всего каких-то 100—300 лет тому назад.

Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты. Живой организм является неотъемлемой частью земной коры и изменяющим ее агентом, участвующим в геохимических процессах. Организмы берут из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают их после смерти и в процессе жизни в ту же самую среду. Тем самым и жизнь, и косное вещество находятся в непрерывном тесном взаимодействии, в круговороте химических элементов.

При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое. Оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Развитие биосферы происходит путем углубления взаимодействия живых организмов и среды. В ходе эволюции постепенно происходит процесс планетарной интеграции, т.е. усиления и развития взаимозависимости и взаимодействия живого и неживого. Процесс интеграции В. И. Вернадский считал сущностной характеристикой биосферы. Существование жизни на Земле коренным образом изменило облик нашей планеты и его составляющие — ландшафт, климат, температуру Земли и т.д.

По мнению В.И. Вернадского, в прошлом явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является Солнце. Оно выступает основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 - 1878) отметил, что жизнь есть создание солнечного луча.

Решающее отличие живого веществаот косного вещества заключается в следующем:

· изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Вот почему для характеристики изменений в живом веществе пользуются понятием исторического времени, а в косных телах - геологического времени. Так, по Вернадскому секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического времени;

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

· только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени;

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

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

Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. В упрощенной форме эту организованность, по его мнению, можно выразить так: ни одна из точек биосферы «не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой она когда-нибудь была раньше». В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.

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

В.И. Вернадский как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Эти отрицательные результаты, по мнению В. И. Вернадского, дают основание для вывода, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы переходных форм живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях.

Однако нельзя не считаться с взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, который выдвигался неоднократно еще в античную эпоху. Так, Аристотель допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества.

В ХVII в. широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф. Реди (1626 – 1698), что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 - 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.

Сам В. И. Вернадский перенес возникновение жизни за пределы Земли, хотя и допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях.

Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.

Переход от биосферы к ноосфере. Превращение разума и труда человечества в геологическую силу планетного масштаба происходило в рамках биосферы. Опираясь на идеи Вернадского, изложенные в лекциях о биогеохимической основе биосферы, французский математик и философ Эдуард Ле Руа (1870 - 1954) ввел в 1927 г. понятие ноосферы, или сферы разума, для характеристики современной геологической стадии развития биосферы. Его позицию разделял также крупнейший французский палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден (1881 - 1955). Они рассматривали ноосферу как некое идеальное образование, внебиосферную оболочку мысли, окружающую Землю.

В отличие от них В.И. Вернадский рассматривает возникновение сознания как закономерный результат эволюции биосферы. Однажды возникнув, сознание начинает оказывать все возрастающее влияние на биосферу благодаря трудовой деятельности человека. В свою очередь, трудовая деятельность человечества напрямую зависит от развития его сознания и познания.

Вернадский подчеркивает, что в условиях ноосферы 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».

Представления о геологической роли человечества высказывались многими учеными и до В. И. Вернадского. Так, уже в XVIII веке известный французский естествоиспытатель Ж. Бюффон (1707 – 1788) высказал идею о царстве человека, которая в ХIХ в. была развита основателем современной геологии Жаном Луи Агассисом (1807 - 1873). Эти идеи опирались на признание все возрастающей роли человечества в изменении лика Земли.

Американский ученый Джеймс Дана (1813 - 1895) еще до Дарвина впервые четко заявил, что эволюция живого вещества идет в определенном направлении. Так, в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет происходило усовершенствование и рост центральной нервной системы животных. Этот процесс он назвал цефализацией, при которой достигнутый уровень организации нервной системы никогда не снижается.

Известный русский геолог Алексей Петрович Павлов (1854 - 1929), оценивая чрезвычайно возросшую роль человечества как мощного геологического фактора, настойчиво говорил об антропогенной эре в эволюции биосферы.

Концепция Вернадского впервые привела все известные эмпирические факты и данные в единую, целостную систему знания об особенностях перехода от биосферы к ноосфере. Вернадский впервые осознал и попытался осуществить синтез естественных и общественных наук при изучении проблем глобальной деятельности человека.

Его концепция основывается на признании решающей роли человеческой деятельности, труда и главное - мысли - в эволюции биосферы, а через неё – в изменении лика Земли в целом. В.И. Вернадский употребляет понятие «ноосфера» в разных смыслах: 1) как состояние планеты, когда человек становится крупнейшей преобразующей геологической силой; 2) как область активного проявления научной мысли; 3) как главный фактор перестройки и изменения биосферы.

Почему именно разум и деятельность человека придает эволюции биосферы направленный характер?

Миллионы лет тому назад, на заре формирования человека как «homo sapiens» (человека разумного) его воздействие на природу ничем не отличалось от влияния на окружающую среду других приматов. И лишь постепенно человек становится решающим фактором преобразования органических и неорганических форм.

Связь с биосферой человека как существа, обладающего разумом, многофункциональна. Так, для удовлетворения своих потребностей человек использовал десятки и сотни видов диких живых организмов. С одной стороны, он одомашнил или вывел огромное количество животных и культурных видов растений, тем самым значительно увеличив разнообразие органических форм в биосфере. С другой стороны, многие виды растений и животных были подвергнуты им беспощадному сознательному или неосознанному уничтожению. В результате искусственного отбора новых сортов растений и пород животных, значительно ускоряются процессы эволюции, быстрее возникают новые виды. А это в свою очередь в еще большей мере способствует ускорению процессов обмена между живым и косным веществом в биосфере.

Формируется такой мощный геохимический фактор, как постоянно увеличивающееся количество зеленого живого вещества в биосфере, получаемого посредством расширения посевных площадей и интенсификации земледелия. В таком взаимодействии живая природа не остается нейтральной. Если геосфера сама по себе в целом пассивно реагирует на вмешательство человека, то живое вещество активно приспосабливается к присутствию в природе человека. Так, многократно возросла устойчивость и невосприимчивость многих насекомых и грызунов к ядам, применяемым людьми. Появляются мутационные или измененные виды и популяции, приспособленные к техногенной и загрязненной среде обитания.

Таким образом, в ходе эволюции человек постепенно все больше осваивает естественную среду обитания. Первоначально это было лишь простое потребление естественных богатств (диких плодов, растений и животных). Затем человек начал использовать и естественные источники средств жизни (полезные ископаемые, энергетические источники), преобразуя их в ходе своей практической деятельности.

Живое вещество, преобразуя вещество косное и взаимодействуя с ним, создает биосферу. Аналогично человек, преобразуя биосферу, создает техносферу. Но если при формировании биосферы все биоценозы лишь поддерживают системную целостность путем обмена веществом и энергией, то человек, помимо этих функций, производит овеществление природы, создавая новые искусственные предметы.

Однако далеко не все творения человека находятся в гармонии с окружающей действительностью. Поэтому большие усилия необходимы для сохранения самой биосферы в связи многократно возросшими техногенными нагрузками на нее. В связи с этим возникает общая для всего человечества глобальная проблема сохранения окружающей среды и, прежде всего, живой природы. Главной идеей учения Вернадского о ноосфере является тезис о прямой ответственности человека за эволюцию планеты.

В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В ее структуре можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная взаимосвязь всех составляющих структуры есть основа устойчивого существования и развития ноосферы.

Вернадский подчеркивал, что человечество лишь вступает в эпоху ноосферы. И пока человек не решит глобальных проблем планеты, в том числе экологическую, о ноосфере правильнее говорить как об идеале, к которому следует стремиться человечеству.