Большой биологический взрыв как гипотеза перехода от неживой к живой форме организации материи

Еще Луи Пастер в XIX в. первым обратил внимание на то, что в неживой природе молекулы либо зеркально симметричны (H2O, CO2), либо одинаково часто встречаются их правые и левые стереоизомеры. Молекулы, из которых построены живые организмы, зеркально асимметричны, то есть киральны, чаще всего они подобны винтам, а во многих случаях ими и являются (например, двойная спираль молекулы ДНК). Но самое главное, эти молекулы встречаются в природе лишь в каком-то одном варианте - либо только левом, либо только правом: это так называемые кирально чистые молекулы (так, спираль молекулы ДНК всегда только правая). Пастер, а затем Вернадский полагали, что именно здесь проходит граница между химией живой и неживой природы. Можно сказать, что в отличие от неорганических объектов живые организмы построены из винтов, причем винты одного типа только левые, другого - только правые. Специфика живой природы - киральная чистота молекул. Человек как живой организм построен из молекул определенной киральности (для одних видов молекул левой, для других - правой). Потребляемая человеком органическая пища также построена из молекул определенной киральности. Ясно, что киральность молекул пищи согласуется с киральностью молекул человеческого организма (подобно тому, как правые гайки согласуются с правыми винтами, а левые - с левыми). А что будет, если киральность молекул пищи вдруг изменится? Такая пища будет уже непригодной (как непригодны левые гайки для правых болтов), она может оказаться биологически ядовитой. Современная химия в ряде случаев искусственно получает зеркально отраженные стереоизомеры; их действие на организм человека оказывается совершенно иным по сравнению с действием природных стереоизомеров. Так "отраженный" стереоизомер витамина С не воспринимается организмом; добавки в пищу некоторых искусственно полученных "отраженных" стереоизомеров, например фенилаланина, приводят к резкому нарушению обмена веществ, сопровождающемуся умопомешательством. Именно с вопросами зеркальной симметрии-асимметрии на молекулярном уровне тесно связана проблема возникновения жизни на Земле - ведь живая материя возникла в свое время из неживой! Это возникновение обусловлено нарушением существовавшей до того зеркальной симметрии, образованием кирально чистых молекул. Современная наука пришла к выводу, что переход от мира зеркально симметричных соединений к кирально чистому состоянию живого вещества биосферы произошел не в процессе длительной эволюции, а скачком - в виде своеобразного Большого биологического взрыва. Происхождение этого состояния связано с катастрофой, то есть с достижением развивающейся средой критической точки (точки бифуркации), за которой теряется устойчивость прежнего симметричного состояния. Это акт самоорганизации материи. По некоторым оценкам процесс глобального перехода к киральной чистоте значительной части молекул мог произойти всего за 1 - 10 млн лет. Появление живого вещества ознаменовало собой переход от геохимической эволюции к биогеохимической. Мы отметили принципиальную физико-химическую разницу между живым и неживым веществом: живое - кирально асимметрично, неживое - симметрично. Для возникновения этой разницы были необходимы уникальные и неповторимые условия ранней эволюции Земли как планеты. Но как только появились первые предбиологические формы и праорганизмы, начал действовать принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие. Это обобщение было сделано итальянским естествоиспытателем и врачом Реди еще в XVII веке. Если бы сложились локальные условия для возникновения жизни в наши дни (например, в жерле потухшего вулкана) или она была бы привнесена из космоса, то либо не смогла бы долго существовать, либо стала глобальным бедствием. В первом случае она была бы уничтожена ныне существующими организмами, во втором - подавила бы их. Но второй вариант мало вероятен: живое - достаточно хорошо приспособлено к условиям Земли и потому обладает большой надежностью. В развитой биосфере повторное возникновение живого исключено.

Учение о биосфере.

Следующий этап развития биосферы Земли связан с эволюцией живого вещества и вызванного этим изменением физико-химического состава планеты. Этот процесс подробно описан В.И. Вернадским и составляет суть его учения о биосфере. Впервые единую картину мира и роль в нем живого вещества представил русский ученый, натуралист, философ, академик Владимир Иванович Вернадский. Он обосновал, что возникновение биосферы на Земле - это объективный результат развития общего космического процесса. При этом биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, состоящую из живого и неживого. Вернадский подчеркивал, что для строения биосферы характерны физико-химическая и геометрическая разнородности. Разнородность строения является господствующим фактором, резко отличающим биосферу от всех других оболочек земного шара. Живое вещество охватывает всю биосферу, ее создает и изменяет. Живое вещество едва ли составляет одну - две сотых процента по весу. Но геологически оно является самой большой силой в биосфере, определяет все идущие в ней процессы. В.И. Вернадский показал, что тонкая оболочка Земли - биосфера, состоящая из разнородных структур - живого и неживого вещества, поддерживает в состоянии динамического равновесия все протекающие в ней процессы благодаря непрерывному перетоку (круговороту) атомов из косной материи через живое вещество снова в неживую природу. Он раскрыл геологическую роль живых организмов в создании современного газового состава атмосферы, в формировании горных пород, вод мирового океана. Учение В.И. Вернадского - это философское и естественнонаучное обобщение законов развития нашей планеты с позиций единого космического процесса и исключительной роли, которую выполнило и выполняет на ней живое вещество. В.И. Вернадский создал его в 20-30-е годы ХХ века. Отчасти это было "предвидение, предсказание прошлого". Многие экспериментальные и фактические данные, подтверждающие правильность его идей, появляются только сейчас. На основе учения Вернадского в настоящее время биосферу определяют как активную оболочку Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Такое определение биосферы отражает важный тезис: наша планета Земля такая, какая она есть сегодня, только потому, что на ней существует жизнь!

Учение о ноосфере.

Одним из уникальных этапов эволюции биосфеpы явилось возникновение разума и интеллекта как высшей познавательной способности живого организма. Это столь же загадочная и необъяснимая перестройка процесса развития материального мира, как и возникновение жизни. Мозг человека и мозг животного, особенно высших млекопитающих, состоит на одних и тех же нейронов. При этом мозг человека обладает способностью познавать сам себя, видеть себя со стороны, познавать окружающий мир. Благодаря появлению разума возникает общество - совокупность индивидуумов, способ-ных к совместному труду, к планомерной деятельности, к совместной духовной жизни. Появление интеллекта радикальным образом ускорило темпы практически всех процессов, протекающих во внешней оболочке Земли - биосфере. Но был один процесс, который вследствие появления интеллекта стал замедляться - это развитие человека как биологического вида, а примерно 30-40 тысяч лет назад механизм генетического развития человека на основе внутривидового отбора перестал функционировать. Эволюция, морфологическое совершенствование человека, в том числе и развитие мозга, закончились! Почему это произошло? Для отказа от дальнейшего использования механизма, которому человек обязан своим утверждением на вершине биологической пирамиды, должны были быть неординарные причины. Одна из гипотез (академика Никиты Николаевича Моисеева) основывается на том, что на определенном этапе эволюции наших предков помимо силы, выносливости и других чисто физических качеств, определяющих выживание прачеловека, стала осознаваться определяющая роль знания, опыта и мастерства. Знания и опыт повлекли за собой формулирование целого ряда запретов-табу в поведении и действиях членов общества. Мудрецы и умельцы, которые во все большей степени обеспечивали благосостояние рода или племени, далеко не всегда были самыми сильными и смелыми членами общества, кому обычно естественный внутривидовой отбор давал преимущества. Жиз-ненной необходимостью рода-племени стала защита не только самок и потомства, но и тех, кто оказывался носителем знаний и мастерства. На этой основе сформировался важнейший из всех запретов - "не убий!". В силу его исключительной важности для любой человеческой общности он оказался в основе морали и существует в том или ином виде у всех народов, во всех религиях. Возникновение именно этого запрета, вероятно, и поставило пре-дел морфологическому совершенствованию организма человека. В самом деле, указанный запрет способствовал выживанию тех умельцев, которые способны не только хранить нужные знания и навыки, но и приобретать новые и, что самое главное, передавать их другим поколениям. Принцип "не убий!" разрешал противоречие между сильным и умным в пользу последнего. Защита слабых - эта дополнительная и весьма обременительная нагрузка, которую по необходимости взяло на себя рождавшееся общество, - прекратила действие естественного отбора, а следовательно, и индивидуальное развитие человека. Появление жизни на планете Земля - это реализация одной из возможных форм самоорганизации материи. Это естественный процесс космического масштаба. То же самое можно сказать и о двух рассматриваемых явлениях эволюции живого вещества на Земле - возникновении разума и норм морали. Так же, как и возникновение жизни, они есть формы самоорганизации материи. Являются ли они неизбежной фазой развития живого? Очевидно, нет. Это связано с тем, что любые системы (в том числе и живые) обладают пороговыми состояниями, переход через которые по достижении точки бифуркации ведет к кардинальному качественному изменению протекающих в них процессов - к изменению их организации. Переход системы в новое состояние, так же, как и характер ее новой организации, неоднозначен, то есть после бифуркации существует множество возможных структур (возможных путей самоорганизации материи), в рамках которых в дальнейшем будет развиваться система. И предсказать заранее, какая из этих структур реализуется, нельзя. Нельзя в принципе, поскольку это зависит от тех неизбежно присутствующих случайных воздействий - флуктуаций внешней среды, которые в момент перехода через пороговое состояние и будут определять выбор. Поэтому необходимо понимать, что человек как биологический вид, обладающий разумом и развивающийся в рамках определенных норм морали, есть явление уникальное, неповторимое. В привычном нам "виде" он больше нигде и никогда не возникнет. Это с одной стороны. С другой стороны, он всего-навсего одна из бесчисленного множества возможных реализаций самооpганизации материи во Вселенной - естественного космического объективного процесса и никаких особых привилегий нарушать или развиваться вопреки объективным законам и процессам не имеет. Он просто будет навсегда уничтожен "породившей" его Вселенной, в которой будут реализовываться все новые и новые формы самоорганизации материи, но вид Homo Sapiens уже никогда не повторится. Поэтому, мысля космическими категориями, у человека нет другого выхода и выбора, как действовать в согласии с планетарными объективными законами эволюции. Об этом уже в первые годы ХХ столетия начал говорить В.И. Вернадский. Он отмечал, что воздействие человека на окружающую природу растет столь быстро, что скоро он превратится в решающую геологообразующую силу. И, как следствие, он должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Развитие окружающей среды и общества сделаются неразрывными. Биосфера перейдет однажды в сферу разума - в ноосферу. Произойдет объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным - направляемым силой разума. Термин "ноосфера" предложил французский исследователь Леруа в 1924 г., впоследствии он широко использовался Пьером Тейяр де Шарденом - французским палеонтологом, занимающимся вопросами эволюции; В.И. Вернадский стал употреблять этот термин только в последние годы своей жизни. С термином ноосфера до сих пор не все просто, поскольку однозначное его толкование отсутствует. Среди специалистов-естественников широко распространена наиболее простая его трактовка - сфера разума, так принято называть часть биосферы, которая оказывается под влиянием человека и преобразуется им. Переход биосферы в ноосферу означает при таком понимании всего лишь постепенное освоение человеком биосфеpы. Однако В.И.Вернадский, создавая свое учение о ноосфере, закладывал в него гораздо более глубокий, философский смысл. Он считал, что согласованное с природой развитие общества, ответственность за природу и ее будущее потребуют специальной организации общества, создания специальных структур, которые будут способны обеспечить это совместное согласованное развитие. Исходя из такого взгляда, ноосфера - это такое состояние бисферы, когда ее развитие происходит целенаправленно, когда Разум имеет возможность направлять развитие биосферы в интересах эволюции человека. Выполнение принципа совместного развития, обеспечения коэволюции (совместного развития) биосфеpы и общества потребуют от человечества регламентации своих действий, определенных ограничений. Уже сегодня человечество подвело планету к той предельной черте, дальше которой начинаются необратимые процессы.

7. Воздействия человека на биосферу и их глобальные последствия

7.1. Последствия антропогенного воздействия на биосферу

Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологические системы под углом зрения соответствия или противоречия действий человека объективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда на биосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им дано название экологического кризиса. Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

- постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

- общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана;

- загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

- разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

- загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, вклю-чая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

- опустынивание планеты;

- деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

- радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

- накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс;

- сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

- загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере;

- массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

- ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

- общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

- изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

- нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Чтобы оценить и понять значимость и последствия привнесенных человеком в биосферу изменений, рассмотрим их в свете объективных законов функционирования природных экосистем.

7.2. Нарушение законов функционирования природных экосистем деятельностью человека

Как было рассмотрено выше, структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных отдельностей - экосистем. Такой взгляд на биосферу вытекает из принципа системной целостности - основного принципа современного научного знания. Именно потому, что отдельные составляющие - экосистемы - функциональны, а не хаотично структурны, возникает системная целостность. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом как системной целостности. Очевидно, что система с нарушенной структурой уже не может выполнять своих прежних функций, поэтому, как правило, разрушение внутренней структуры экосистемы ведет к ее исчезновению с поверхности Земли. Установлено, что если разрушение затрагивает три и более уровней иерархии экосистем, то начинается сначала замедленный, а потом все более ускоряющийся процесс опустынивания - искажаются процессы образования почв, меняется химия среды, исчезают многие виды организмов. И физиономически - по внешнему виду, и функционально - по производимой в биосфере работе - на месте одной экосистемы возникает нечто новое: вместо лесного ландшафта - сначала лесолуговой и лесополевой, а затем вместо густых в прошлом лесов - абсолютно безлесые пространства. Уже сейчас южная часть лесной полосы превратилась в антропогенную степь. Процесс разрушения идет лавинообразно и остановить его непросто. Разрушение экосистем сопровождается исчезновением видов. Число разновидностей биологических организмов на нашей планете огромно. К настоящему времени их описано около 1,5 млн, хотя общее число по имеющимся оценкам составляет не менее 5 млн. Специалисты утверждают, что в связи с деградацией природной среды ежегодно исчезают 10-15 тыс разновидностей преимущественно простейших организмов. Это означает, что за грядущие пятьдесят лет планета потеряет по разным оценкам от четверти до половины своего биологического разнообразия, формировавшегося сотни миллионов лет. Многие разновидности исчезнут до того, как мы узнаем об их существовании. Биосфера является уникальным банком генетических ресурсов, на которых основана вся селекционная работа по созданию новых сортов растений и пород животных, продовольственная база, работа по изысканию новых микроорганизмов и другого генетического материала для биохимических процессов и биотехнологий сегодняшнего дня и будущего, значительная часть ассортимента лекарственных препаратов. Следует отметить, что если в селекционной работе основное внимание уделяется высшим формам растений и животных, то с развитием генно-инженерных методов и биотехнологий резко возрос интерес к простейшим формам. С точки зрения биоразнообразия особую роль играют территории тропического пояса. По имеющимся оценкам в тропических лесах, в прибрежных водах тропических стран и в зонах коралловых рифов обитает до двух третей всех биологических видов планеты. Утрата биологического разнообразия происходит, главным образом, из-за разрушения среды обитания, чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных ресурсов, загрязнения окружающей среды, привнесения в сложившиеся экосистемы инородных растений и животных без учета законов их функционирования. Проблема исчезновения видов состоит не просто в том, что их невозможно восстановить, но и в том, что их место займут другие. Весь вопрос - какие? Этим процессом управляют свои законы. Каждый организм и экосистема по-своему проводит и использует ту энергию, которая приходит к Земле от Солнца. С энергетической точки зрения далеко не все равно, где живет слон, лев, коза или кролик, тем более мышь или саранча: чем мельче организм или совокупность организмов в экосистеме, тем в среднем интенсивнее протекает обмен веществ - метаболизм - и использование энергии. Не случайно существуют организмы разного размера, неодинаковой суточной активности и т. п. Сейчас преимущественно исчезают виды с крупными особями, их заменяют виды с мелкими индивидами. Полностью безлесая Земля, населенная живой мелкотой, будет совсем иной, чем сейчас. Изменятся круговороты всех веществ, газовый состав атмосферы, качество и количество воды в реках, другие условия жизни. Они могут оказаться совершенно непригодными для существования человека. Он исчезнет как биологический вид. Таким образом, существуют определенные закономерности замены экосистем в биосфере и видов в экосистеме. Их можно сформулировать следующим образом:

1) "свято место пусто не бывает";

2) крупные организмы исчезают раньше и их сменяют мелкие;

3) более эволюционно высокоорганизованные виды вытесняются низкоорганизованными, быстрее размножающимися существами;

4) всегда побеждают те, кто быстрее и легче изменяется, в том числе генетически.

Разрушение структуры экосистемы вследствие деятельности человека сопровождается стиранием функциональных границ между экосистемами. Это ведет к нарушению закона системного сепаратизма. Мир разделен на системные разности, и они стремятся к самостоятельности - сепаратизму. Закон системного сепаратизма утверждает, что разнокачественные составляющие всегда структурно относительно независимы. Сепаратизм очень ограничен - все системы тесно взаимосвязаны, имеют общую судьбу в пределах надсистемы, но все же относительно самостоятельны! Хорошей иллюстрацией этому закону служит организм человека. Так, например, в теле человека есть сердце, печень, легкие, но нет сердце-печени, сердце-легкого и т.п. Так же, как во Вселенной, существуют мириады самостоятельных космических тел. Все стремится к разделению, хотя и действует в рамках общего системного целого - в рамках Вселенной. Отдельные части системы не могут быть беспредельно большими или маленькими - этому мешают необходимость выполнять определенные функции, а также информационные и энергетические ограничения.

Если материальными потоками движет энергия, то взаимоотношения между организмами и неживой средой основывается на информации - энергетически и физико-химически слабых взаимодействиях, воспринимаемых как сигнал о возможности многократно более мощных процессов изнутри или извне и вызывающих ответные реакции. Информация и ответы на нее очень разнообразны. Это и ограничения, накладываемые надсистемами, например Солнцем, на земные явления, и физико-химические процессы типа генетических, и сообщения, получаемые через органы чувств; это и врожденные реакции протоплазмы, клеток, тканей, органов, их систем, особи в целом, и более или менее осмысленные действия, основанные на приобретенном опыте. Информация, как и энергия, - это невещественный экологический компонент. Она наиболее совершенна у животных - управляющего звена экосистемы. Животные имеют развитые органы чувств и максимальную в мире живого возможность реакции, в том числе через подвижность и даже разумную деятельность.

Весь мир построен на законе оптимальности, утверждающем, что никакая система не может бесконечно сужаться или расширяться, она с наибольшей эффективностью функционирует в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах, называемых характерным размером системы. Так, млекопитающее не может быть меньше того размера, который необходим для рождения живых детенышей или снесения развитого яйца, как у яйценесущих утконоса и ехидны. Кроме того, необходимо вскармливать детенышей молоком и к тому же поддерживать свой обмен веществ, который тем интенсивнее, чем меньше размеры индивида. Млекопитающее также не может быть слишком крупным - очень много требуется корма, а его необходимо добыть. На его сбор затрачивается энергия. Ее затраты при чрезмерно большом размере животного оказываются больше поступления от съеденной пищи. Диапазон характерных размеров систем велик: слон, например, больше крошечной землеройки в 2 000 000 раз, крупнейшие звезды больше звезд карликов в тысячи раз. Однако нет млекопитающего или птицы размером со звезду, как нет и космического тела размером с живой организм. Помимо того, что каждая система имеет оптимальные для функционирования размеры, она еще имеет вектор своего развития: развитие, эволюция всегда однонаправлены. Нельзя прожить жизнь наоборот - от смерти к рождению, невозможно вспять повернуть эволюцию планеты. Это определено действием системогенетического закона, утверждающего, что индивидуальное развитие сокращенно повторяет ход эволюционного изменения своей системной структуры. Ему следуют индивиды, сокращенно и видоизмененно повторяющие в собственном развитии ряд эволюций своих предков. Так, человек, начиная свое развитие с одноклеточной формы, проходит затем фазу рыбообразного организма, "выходит на сушу" в период рождения и далее развивается в атмосфере планеты. По этому же закону развиваются экосистемы на освобожденных от воды берегах озер, рек и морей, на любых безжизненных пространствах: сначала одноклеточные, затем отдельные растения и животные, потом луговая и лесная растительность. Даже горные породы следуют системогенетическому закону - минералогические процессы в короткие интервалы времени как бы повторяют общую историю геологического развития. При этом фазы развития очень строго определены. Это утверждает закон последовательного прохождения фаз развития: фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно закрепленном порядке от относительно простого к сложному. Этот закон часто игнорируют, пытаясь, например, вырастить хвойные культуры там, где согласно природной последовательности смены пород им должны предшествовать в сукцессионном развитии другие виды древовидных растений. Иногда такие культуры удается вырастить, но они либо заболевают, либо оказываются столь нежизнестойкими, что погибают от малейших отклонений в условиях среды обитания. Еще одним важным законом природы является закон развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Изолированное саморазвитие невозможно. Если какая-либо экосистема, например участок леса, находится в чуждой для себя среде, например среди луга, то она постепенно деградирует. Лес сначала теряет лесные виды животных и трав, затем становится реже, приобретает парковый характер и, наконец, сменяется лугом. Закон растворения системы в чуждой среде сформулирован советским геофизиком Г.Ф. Хильми в 60-х годах XX столетия. Это очень важное обобщение было известно и раньше, и все-таки вопреки ему предполагалось, что выделяемые относительно небольшие заповедные участки можно сохранить как эталон природы. Оказалось же, что чем меньше площадь сохраняемой экосистемы в преобразованной природе, тем быстрее она разрушается. Знание этого закона совершенно по-новому ставит проблему охраны окружающей человека природной среды. Если раньше было достаточно сохранения лишь особо "важных" территорий, то теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы преобразуемые пространства занимали лишь сравнительно небольшие площади. Малые по размерам охраняемые территории не могут обеспечить сохранения ни видов, ни экосистем. Чем больше экологическая разница между сохраняемым островом природы и окружающей его средой, тем проблематичнее его сохранение. Поэтому не сохранять острова "нетронутой природы", а преобразовывать природу лишь на небольших участках - такова должна быть новая стратегия в отношениях человека с окружающей средой. Такой подход важен с точки зрения не только сохранения природной среды, но и выживания самого человека как вида, ибо и для него как биологического существа нужна та среда жизни, которая была в момент его возникновения и эволюции, то есть в период формирования генетического приспособления к окружающему миру.

С точки зрения сформулированной стратегии сохранение природной среды и биосферы в целом особая роль принадлежит России. По оценкам ученых на сегодняшний день на планете осталось немного территорий, не нарушенных хозяйственной деятельностью (стран, имеющих ненарушенные участки площадью не менее одного миллиона квадратных километров, на планете всего 6), и больше всего в России: 7-8 млн квадратных километров. Эксперты считают, что по своей эффективности в стабилизации биосферы нетронутая природная территория России сравнима лишь с Амазонией в Бразилии.

Из закона развития природной системы за счет окружающей среды вытекают важные в теоретическом и практическом отношении следствия.

1. Абсолютно безотходное производство невозможно. Согласно этому следствию можно рассчитывать лишь на малоотходные производства. Поэтому первым принципом разработки технологий должна быть их малая ресурсоемкость, обеспечивающая как на входе, так и на выходе экономичность и незначительные выбросы; вторым принципом должно быть создание цикличного производства, когда отходы одного производства являются сырьем для другого; третьим принципом - организация разумного захоронения неминуемых остатков и нейтрализация неустранимых энергетических отходов. Представление, что биосфера работает по принципу безотходности, ошибочно, так как в ней всегда накапливаются выбывающие из биологического круговорота вещества, формирующие осадочные породы.

2. Любая более высоко организованная биосистема, например вид живого, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем. Согласно этому следствию воздействие человека на природу требует мероприятий по нейтрализации этих воздействий, поскольку они могут оказаться разрушающими для природы и угрожающими самому человеку. В связи с этим охрана природы и среды жизни должна быть одной из обязательных составляющих социально-экономической политики цивилизованного общества.

3. Биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но и опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем, прежде всего Солнечной. Это следствие имеет важное значение для долгосрочного прогнозирования, оно должно учитываться при рассмотрении всех процессов, происходящих на Земле. Однако необходимо осознавать, что космические воздействия преломляются земными процессами и выявление здесь прямых связей носит вероятностный характер. Например, в годы солнечной активности необязательно будет проявляться весь аспект явлений, наблюдавшихся в предыдущий цикл активности светила. Они лишь могут возникать и статистически вероятны, но конкретное их проявление зависит от сочетания огромного числа космических и земных факторов.

Известно, что любая система оказывает сопротивление воздействию извне, и чем больше интенсивность воздействия, тем сильнее сопротивление. В 80-х годах XIX столетия для физических систем был сформулирован принцип Ле Шателье-Брауна, утверждающий, что при внешнем воздействии на систему, находящуюся в фазе устойчивого равновесия, выводящем систему из такого состояния, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Этот принцип действует и в системах живого - экосистемах. Однако лишь до тех пор, пока внешнее воздействие не превышает некоторого порогового значения, после чего происходит саморазрушение системы. Особенно заметно это на экосистемах. Установление нового равновесного состояния системы, при котором внешние факторы оказывают меньшее воздействие на экосистему, приводит к изменению самой экосистемы. Когда уже многие экосистемы заменены, меняются и их сочетания, затем по иерархии систем процесс может дойти до биосферы в целом. В результате смен, идущих по иерархии снизу вверх от отдельных экосистем к биосфере, последняя в значительной мере уже перестала следовать принципу Ле Шателье-Брауна - человечество переступило допустимый порог воздействия. Принцип Ле Шателье-Брауна в биосфере есть инструмент сохранения ее устойчивости и стабильности. Пока еще есть возможность восстановить действие этого принципа, приостановить саморазрушение биосферы. Главным условием для этого является сохранение глобальной биомассы планеты, целостности биоты Земли и экологического равновесия на планете. Выполнение этого условия требует неукоснительного соблюдения человечеством дух условий: правила одного процента, утверждающего, что изменение энергетики природной системы в размере одного и более процентов выводит ее из равновесного состояния, а затем разрушает, и сокращения антропогенного воздействия на биосферу. Если же нарушение принципа Ле Шателье-Брауна будет углубляться, то жизнь на планете обречена на гибель. Та же участь постигнет и человека как биологический вид. Поэтому человечество вынуждено думать, как исправить положение, как управлять природными процессами для того, чтобы восстановить действие принципа Ле Шателье-Брауна и сохранить среду обитания. Когда речь идет об управлении природой, люди становятся на позиции технократического подхода - в нас всех заложено технократическое мышление. Например, для предотвращения наводнений возводятся плотины и дамбы, строятся каналы, берега укрепляются бетонными стенами. Но инженерные сооружения не системны, они не в состоянии сами себя поддерживать. Технократический подход чем дальше, тем больше входит в противоречие с системным устройством природы. Люди привыкли "исправлять" природу техническими средствами. До определенной степени это разумно и оправданно, но следует помнить, что природа, откуда вышел человек и частью которой он остается, сильнее, у нее свои законы развития. Поэтому от технических средств управление средой жизни - жесткого управления - все в большей степени необходимо переходить к мягким - системным - формам управления. Чтобы было понятно, в чем суть и разница между этими формами управления, рассмотрим один пример. В середине XX века в США и СССР построили большое количество плотин, дамб, ирригационных сооружений. По прошествии всего нескольких лет и в той, и в другой стране начали свирепствовать стихийные явления, пыльные бури, началось обширное опустынивание, наводнения заливали огромные площади. Со временем стало понятно, что инженерные сооружения нарушили сложившееся экологическое равновесие, исправить положение могли только экологические решения. Чтобы остановить стихию, были посажены лесные полосы в песках, в верховьях и вдоль берегов рек. В совокупности с другими экологическими мерами было отрегулировано соотношение экологических компонентов экосистем - ведь стихийные бедствия возникли из-за дисбаланса приходящей энергии, воды, живых составляющих экосистемы и т.п. Мягкое исправление соотношения экологических компонентов в рассмотренном выше примере дало положительный результат. Одна из бед человечества заключается в пренебрежении законами природы. Для начала их надо хотя бы знать. Поэтому были рассмотрены последствия воздействия антропогенных факторов на биосферу и те наиболее общие законы природы, нарушение которых человеком приводит к ее деградации и саморазрушению, а при дальнейшей деятельности вопреки этим законам - и к гибели.

8. Адаптация организма человека к изменяющимся условиям окружающей среды

8.1. Понятие адаптации

Человек, для того чтобы выжить во все более быстро изменяющихся условиях окружающей его среды, должен уметь приспо- сабливаться к этим изменениям. Природа наделила его такими возможностями. Все представители вида Homo sapiens способны проявлять необходимую пластичность реакций в ответ на изменение внешней среды - приспособляемость. Приспособляемость выработалась в ходе эволюции. Процессы и явления активного приспособления человека к окружающей среде, жизнедеятельности, а также обусловленные ими изменения в организме называют адаптацией. Физиологическая адаптация - это устойчивый уровень активности и взаимосвязи функциональных систем, органов и тканей, а также механизмов управления. Он обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма и трудовую активность человека в новых условиях существования, способность к воспроизведению здорового потомства. Для всякого организма существует оптимальная эндогенная и экзогенная, то есть внутренняя и внешняя, экологическая среда, причем среда обитания не только с оптимальными характеристиками физических условий, но и с конкретными социальными ус-ловиями.

Цель и значение адаптации состоит в сохранении биологического гомеостаза. Гомеостаз включает в себя два взаимосвязанных процесса - достижение устойчивого равновесия и саморегуляцию. В физиологическом смысле его следует рассматривать как сохранение того постоянства внутриклеточных условий, которое необходимо для жизни организма. Начиная с момента рождения, организм внезапно попадает в совершенно новые для него условия и вынужден приспособить к ним деятельность всех своих органов и систем. В ходе индивидуального развития факторы, действующие на организм, непрерывно видоизменяются, что требует постоянных функциональных перестроек. Процесс приспособления организма к общеприродным - климато-географическим, а также к производственным и социальным условиям представляет собой универсальное явление. Под адаптацией понимают все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются определенными физиологическими реакциями, происходящими на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

8.2. Формы адаптации

В ходе эволюционного процесса у человека возникла генетически детерминированная биологическая адаптированность. Она наследственно закреплена в стереотипе морфофизиологических реакций (генотипическая адаптация). Комплекс видовых наследственных признаков - генотип - становится исходным пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемого в процессе жизни каждого человека, - индивидуальной или фенотипической адаптации. Она формируется в процессе взаимодействия конкретного организма с окружающей его средой обитания и обеспечивается специфическими для этой среды структурными морфофункциональными изменениями. Генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность эффективной целенаправленной реализации жизненно необходимых адаптационных реакций под влиянием среды обитания. Это обеспечивает экономное, направляемое средой расходование энергетических и структурных ресурсов организма, а также способствует формированию фенотипа. Каждое новое поколение адаптируется заново к широкому спектру иногда совершенно новых факторов, требующих выработки новых специализированных реакций. К такому виду адаптаций обычно относят акклиматизацию - негенетическую биосоциальную адаптацию к сложному комплексу условий внешней среды, центральное место в котором занимает климатический фактор. Адаптация такого типа, как правило, сопровождается только кратковременными сдвигами физиологических показателей. Во взаимосвязях с окружающей средой человек выступает одновременно и как биологический индивид, и как социальная личность. Как социальная личность человек обладает внебиологической формой приспособления к внешней среде. Она заключается в том, что человек не столько приспосабливается к среде обитания, сколько приспосабливает ее к себе, изменяя и создавая новые свойства среды в соответствии со своими потребностями. Функцию такого рода приспособительного отношения человека к окружающей среде выполняет материальное производство, конечной целью которого выступает обеспечение и поддержание жизни человеческого общества. Внебиологическая адаптация человека проявляется как в материальной, так и в духовной сферах. Формы проявления ее многообразны и включают различные направления человеческой деятельности. Особенно активна и многообразна производственно-адаптирующая деятельность. Она может быть направлена как на изоляцию человека от природной среды, неблагоприятной для него по каким-либо параметрам, так и на ее преобразование, создание новых свойств среды. Изоляция от природной среды осуществляется различными путями: с помощью одежды, питания, инженерных сооружений. Важной формой социальной адаптации выступают системы организации здравоохранения, правового законодательства, социального обеспечения. Хотя производственная деятельность в основном имеет адаптивный характер, это ее свойство проявляется не всегда однозначно. При любом из направлений деятельности человека по приспособлению среды может иметь место как ее улучшение (например, оздоровление болотистых территорий), так и ее ухудшение (например, загрязнение среды в местах интенсивного промышленного развития), что находит выражение в изменениях состояния здоровья человека. К особенностям адаптации человека относится сочетание развития физиологических адаптивных свойств организма с искусственными способами, преобразующими среду в его интересах. Однако искусственные мероприятия не всегда абсолютно позитивны. Так, например, в наш век санитарно-гигиенические мероприятия становятся столь эффективными, что встреча организма с патогенным микроорганизмом перестает быть повседневным явлением и он не вырабатывает иммунитет, как в прежние времена. Другим примером подобного рода может служить искусственная иммунизация. Получение вакцин и сывороток человеком извне приводит к детренированности его собственных иммунологических механизмов. Создание температурного комфорта в помещении, одежда, защищающая от холода и перегревания, снижают возможности естественной терморегуляции. Эти примеры позволяют говорить о том, что достижения науки и техники, помогая человеку преодолевать сложные, требующие приспособления ситуации, в то же время ослабляют защитные силы и адаптационные механизмы человека. Их необходимо по возможности тренировать.

8.3. Адаптогенные факторы

Канадский ученый Ганс Селье назвал факторы, воздействие которых на организм приводит к адаптации, стресс-факторами. Другое их название - экстремальные или адаптогенные факторы. Экстремальными могут быть не только отдельные воздействия на организм, но и измененные условия существования в целом (например, перемещение человека на постоянное местожительство с Крайнего Севера на юг). По отношению к человеку адаптогенные факторы могут быть природными и социальными, связанными с трудовой деятельностью.

Природные факторы. Действие природных факторов, вызывающих развитие адаптационных механизмов, всегда является комплексным, так что можно говорить о действии группы факторов того или иного характера. Так, например, все живые организмы в ходе эволюции прежде всего приспособились к земным условиям существования: определенному барометрическому давлению и гравитации, уровню космических и тепловых излучений, определенному газовому составу окружающей среды и т. д. Животные приобрели способность заранее реагировать на смену времен года, например, при приближении зимы, но еще до наступления холодов у многих млекопитающих образуется значительная прослойка подкожного жира, шерсть становится густой, меняется ее окраска и т. д. Этот механизм предварительных изменений, позволяющий животным встретить надвигающиеся холода подготовленными, является замечательным достижением эволюции. В результате фиксированности в организме изменений окружающего мира и сигнального значения факторов внешней среды и развиваются опережающие реакции приспособления. Помимо смены сезонов в течение года животный и растительный мир адаптировался к смене дня и ночи. Эти природные изменения определенным образом зафиксированы во всех системах организма. Природные факторы действуют как на организмы животных и растений, так и на организм человека. В том и другом случаях эти факторы приводят к развитию адаптивных механизмов человеческой природы.

Социальные факторы. Социальные условия жизни человека породили специфические факторы, к которым необходимо адаптироваться. Их число растет с развитием цивилизации. Так, с расширением среды обитания появляются совершенно новые для человеческого организма условия и воздействия, например, космические полеты приносят новые комплексы воздействий: невесомость сочетается с гиподинамией, изменением суточного режима жизни и т. д. Люди, проникающие в недра земли или совершающие глубоководные погружения, подвергаются воздействию непривычно высокого давления, влажности, дышат воздухом с повышенным (пониженным) содержанием кислорода. Работа в горячих цехах или холодном климате создает факторы, требующие расширенного диапазона адаптации к крайним температурам. Выполняя свои служебные обязанности, человек вынужден приспосабливаться к шуму, вибрации, изменению освещенности и т.п. Загрязнение окружающей природы, включение в пищу большого числа синтетических продуктов, алкогольных напитков, злоупотребление медикаментами, курение - все это дополнительная нагрузка для гомеостазируемых систем организма современного человека. Переход к механизированным и автоматизированным формам труда сопровождается нарастанием нервно-психического напряжения и гиподинамией.

8.4. Биологический смысл и основные фазы активной адаптации

Различают три типа приспособительного поведения живых организмов: бегство от неблагоприятного раздражителя, пассивное подчинение ему и, наконец, активное противодействие за счет развития специфических адаптивных реакций, или активную адаптацию. Биологический смысл активной адаптации состоит в установлении и поддержании гомеостаза, то есть динамического постоянства состава внутренней среды и показателей деятельности различных систем организма, что обеспечивается определенными регуляторными механизмами. Как только окружающая среда или какие-либо существенные ее компоненты изменяются, организм вынужден менять и некоторые константы своих функций. Происходит перестройка гомеостаза, адекватная конкретным условиям среды, что и служит основой адаптации. Адаптацию можно представить себе как длинную цепь реакций различных систем, из которых одни должны видоизменять свою деятельность, а другие регулировать эти изменения. Поскольку основой основ жизни является обмен веществ, адаптация должна реализовываться через приспособительное изменение метаболизма и поддержание такого его уровня, который соответствует новым условиям. Процесс изменения метаболизма относительно инертный, поэтому на первой (аварийной) фазе адаптации ему предшествуют изменения в системах организма, имеющих посредническое, служебное значение. К ним относятся кровообращение и дыхание. Эти функции первыми включаются в реакции, вызываемые действием внешних факторов, а управляет ими центральная нервная система с широким вовлечением гормонов мозгового вещества. В аварийной фазе реакции организма неэкономичны и часто превышают необходимый для данных условий уровень. Управление со стороны центральной нервной системы недостаточно синхронизировано. Процесс адаптации носит как бы поисковый характер и протекает на фоне повышенной, чаще отрицательной, эмоциональности.

Вторая фаза является переходной к устойчивой адаптации. Она характеризуется уменьшением общей возбудимости центральной нервной системы, формированием функциональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям. Снижается интенсивность гормональных сдвигов, постепенно выключается ряд систем и органов, первоначально вовлеченных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий тканевый уровень. Гормональный фон видоизменяется, усиливают свое действие гормоны коры надпочечников - гормоны адаптации.

Вслед за переходной фазой наступает третья фаза - фаза устойчивой адаптации. Она и является собственно адаптацией - приспособлением - и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых клеточных мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем, которые при этом могут функционировать практически в исходном режиме, тогда как тканевые процессы активизируются, обеспечивая гомеостазис, адекватный новым условиям существования. Основными особенностями этой фазы являются: мобилизация энергетических ресурсов, повышенный синтез структурных и ферментативных белков, мобилизация иммунных систем. В третьей фазе организм приобретает неспецифическую и специфическую резистентность - устойчивость организма. Управляющие механизмы в ходе третьей фазы скоординированы. Их проявления сведены к минимуму. Однако в целом и эта фаза требует напряженного управления, что и обусловливает невозможность ее бесконечного протекания. Несмотря на экономичность - выключение "лишних" реакций, а следовательно, и излишней затраты энергии, - переключение реактивности организма на новый уровень не дается организму даром, а протекает при определенном напряжении управляющих систем. Это напряжение принято называть ценой адаптации. Любая активность в адаптируемом к той или иной ситуации организме обходится ему много дороже, чем в нормальных условиях.

8.5. Управление адаптацией

Управлять адаптацией, способствовать повышению выносливости своего организма - такую цель должен ставить перед собой человек. Одно из необходимых для этого условий - своевременное и рациональное питание. Недостаточность или избыточность питания, нарушение соотношений питательных веществ в рационе сказываются на деятельности организма, снижают его сопротивляемость, а следовательно, и способность к адаптации. Режим смены сна и бодрствования, отдыха и труда - также необходимое условие нормального функционирования организма. Особую роль играют физическая тренировка, закаливание и воздействие гипоксии.

Физическая тренировка. Наиболее эффективным средством повышения сопротивляемости организма болезням и неблагоприятным влияниям среды являются регулярные физические упражнения. Человек, занимающийся спортом на научной основе (без злоупотребления, переутомления, при гармоническом включении в повышенную активность всех систем организма), приобретает высокую степень выносливости. Двигательная активность оказывает влияние на многие системы жизнедеятельности. Она распространяется на сбалансированность метаболизма, активизирует вегетативные системы - кровообращения, дыхания. Одним из важнейших свойств физической активности является установление в центральной нервной системе сложнейших координационных соотношений. Организация движений требует формирования специальных функциональных систем, афферентного синтеза и акцептора действия и реализации двигательного акта в плане совпадения с акцептором действия. Двигательная активность формирует нервные механизмы управления, активизирует взаимодействие организма с внешней средой, способствует развитию организма в целом. Движение входит обязательным компонентом в работу всех анализаторов, оно необходимо для получения информации, развития психики. Перечисленные особенности двигательной деятельности делают ее средством повышения неспецифической резистентности: тренированности обмена веществ, достаточно экономичной траты энергии в покое, способности организма наиболее совершенно утилизировать кислород, эффективности функционирования ферментативных систем. Резистентость как результат физической тренированности обусловлена также повышением координации и более тонкой регуляцией в деятельности систем кровообращения, дыхания и т.д. Все эти механизмы в значительной мере являются неспецифическими. Благодаря их наличию облегчается становление адаптационных реакций по отношению к широкому спектру факторов.

Закаливание. Существует целый ряд мероприятий, направленных на повышение сопротивляемости человеческого организма, объединенных понятием закаливание. Классическим примером закаливания является постоянная тренировка холодом, водные процедуры, зарядка под открытым небом в любую погоду. Физиологический смысл закаливания сводится к тренировке адаптации - блокированию раздражителя. Терморецепторы, постоянно подвергаясь воздействию низкой температуры, настолько понижают свою возбудимость по отношению к холоду, что, например, для человека, купающегося зимой в проруби, в дальнейшем не страшен ни сквозняк, ни пребывание под дождем. Резистентность к действию низкой температуры, выработанная в процессе закаливания, зависит также от сведения к минимуму сосудистых реакций, сбалансированности теплопродукции и теплоотдачи и т. д. Особенно эффективно закаливание чередованием действия высоких и низких температур. Однако исследования специалистов показывают, что именно низкие температуры являются ведущими в повышении сопротивляемости организма.

Воздействие гипоксии. Одно из средств повышения тренированности человека и укрепления его здоровья - использование гипоксии. Достаточно вспомнить долгожителей-горцев, чтобы оценить положительное действие гипоксического фактора на организм. Выявлено, что дозированное использование гипоксии, в частности, в виде тренировочного пребывания человека на высоте около 2 - 2,5 тыс м, повышает неспецифическую резистентность организма. Гипоксический фактор способствует повышенной отдаче кислорода тканям, высокой утилизации его в окислительных процессах, активизации ферментативных тканевых реакций, экономичному использованию резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Разумеется, что, как и во всех случаях воздействия на организм сильных раздражителей или значительно измененных условий, при гипоксии активизируется гипофизоандреналиновая система, обеспечивающая общую устойчивость организма. Таким образом, сложнейший процесс адаптации в определенной мере управляем. Разработанные учеными методы закаливания организма служат улучшению его адаптивных возможностей. При этом надо учитывать, что адаптация к любому неадекватному фактору сопряжена с тратой не только энергии, но и структурных - генетически детерминированных - ресурсов организма. В каждом конкретном случае научно обоснованное определение стратегии и тактики, а также количества и качества адаптации является столь же ответственным мероприятием, как и определение дозы сильнодействующего фармакологического препарата. Жизнь современного человека весьма мобильна, и в обычных естественных условиях его организм непрерывно адаптируется к целому комплексу природно-климатических и социально-производственных факторов. Цена адаптации зависит от дозы воздействующего фактора и индивидуальных особенностей организма. Доза воздействия и переносимости зависит от наследственных - генетических - особенностей организма, продолжительности и интенсивности воздействия факторов. Стресс-реакция из звена адаптации может при чрезмерно сильных воздействиях среды трансформироваться в звено патогенеза и индуцировать развитие болезней - от язвенных до сердечно-сосудистых и иммунных.

9. Человек и устойчивость биосферы

9.1. Антропогенное энергопотребление как критерий устойчивости биосферы

К концу второго тысячелетия человечество приобрело принципиально новые знания об окружающем его мире, следствием которых стал крах культивируемой в течение многих веков и тысячелетий антропоцентрической системы жизни. Это новое знание можно сформулировать следующим образом: ни один биологический вид, включая человека, не имеет долговременной возможности выхода из отведенной ему эволюцией биосферы экологической ниши, определяющей долю потребления этим видом продукции биоты и других материальных и энергетических ресурсов Земли. Фактически к концу ХХ столетия человек как биологический вид далеко превысил отведенные ему пределы, что привело к выходу из устойчивого равновесия и процессам разрушения биосферы Земли.

Нагрузка на биосферу складывается из двух связанных между собой видов антропогенного воздействия: биопотребления - потребления части биоты в виде пищи (человеком и домашними животными) и древесины; энергопотребления - потребления энергии, в основном ископаемого топлива, в результате всех видов хозяйственной деятельности - промышленного и сельскохозяй-ствен-ного производства, транспортных перевозок и т.п. Исследование не затронутой деятельностью человека природы показывает, что распределение в потреблении и переработке биоты имеет пропорции, показанные на рис. 19.

Из него видно, что в естественных сообществах млекопитающие потребляют не более 1 % продукции биоты (в энергетическом эквиваленте это составляет 1012 Вт = 1 Твт энергии в год). Оставшиеся 99 % (~99 ТВт) потребляются остальными видами сообщества, которые и содержат окружающую среду в равновесном состоянии. На сегодняшний день человек примерно в 7 раз превысил "разрешенную" ему долю в глобальном экологическом балансе. Динамика антропогенного потребления приведена на рис. 20:

Рис. 20. Динамика антропогенного энергопотребления:

1 - энергопотребление (в основном за счет ископаемого топлива);

2 - биопотребление (потребление энергии с пищей и за счет использования древесины)

Как видно из рис. 20, человек с ростом производства и потребления энергии, главным образом за счет невозобновляемых ископаемых органических ресурсов и древесины, уже в начале века вывел биосферу из области устойчивости в зону разрушения. Дальнейшее наращивание производства энергии даже втрое приведет к пересечению климатического предела и полному разбалансированию биосферы с катастрофическими последствиями. В настоящее время для оценки антропогенного воздействия на биосферу отдельно взятой страны предложен индекс антропогенной нагрузки на биосферу I. Его можно представить как отношение плотности мощности нагрузки (то есть часть нагрузки, приходящейся на единицу площади страны - квадратный километр) для определенного государства к плотности мощности нагрузки для всей суши планеты (без Антарктиды). Плотность мощности антропогенной нагрузки складывается из плотностей мощности биопотребления Pб и энергопотребления Pэ. Таким образом,

где Pб и Pэ - мощности биопотребления и энергопотребления для страны; S - ее площадь; Pб0, Pэ0, S0 - то же для суши планеты.

Индексы антропогенной нагрузки на биосферу для крупных стран образуют следующую последовательность: Япония -15,8; ФРГ (бывшая) -14,5; Великобритания -12,7; Италия - 8,1; Франция - 5,3; Индия - 4,0; США -2,8; Китай -1,9; мир в целом - 1,0; СССР (бывший) - 0,8; Бразилия - 0,3. Из этих данных следует, что в разрушение биосферы наибольшую долю вносят высокоразвитые страны с рыночной экономикой, а также густонаселенные государства (низкие показатели для СССР и США обусловлены их большой площадью). Интересно отметить, что для большинства высокоразвитых стран отношение Pэ /Pб > 1, для США оно максимально и достигает 10; для таких же стран, как Китай, Индия, Бразилия, оно составляет ~0,8, то есть биопотребление превышает в них энергопотребление. Основных причин, способствующих стремительному росту энергопотребления, две: во-первых, продолжающийся с огромной скоростью рост населения планеты; во-вторых, быстрое развитие мирового промышленного и сельскохозяйственного производства с ростом общего уровня потребления. Рассмотрим каждую из этих тенденций.

9.2. Народонаселение и устойчивость биосферы

Говоря о численности населения планеты, необходимо иметь в виду две цифры. Во-первых, согласно ресурсной модели мировой системы 70-х годов XX столетия (работы Римского клуба) в качестве предельного значения рассматривается численность населения Земли на уровне 8 млрд человек. Во-вторых, согласно более поздней теории устойчивости биосферы В.Г. Горшкова как живой саморегулируемой системы биосфера устойчива и стабилизирует климат З емли при условии, что население не превышает ~1 млрд человек. Разница в цифрах объясняется тем, что авторы первой модели исходили из допущения, что Земля является для человека лишь источником материальных и продовольственных ресурсов и что биосфера остается жизнеспособной и сохраняет свойства среды обитания человечества. Основные данные о фактической и прогнозной численности населения Земли и периодах удвоения численности (величина, обратная скорости роста) представлены на рис. 21.

Рис. 21. Динамика численности населения планеты

Прежде всего отметим продолжающееся нарастание скорости роста численности населения (за последние 20 лет она возросла на 1,7 млрд человек, что соответствует населению планеты в начале ХХ века; 1,5 млрд из этого числа приходится на развивающиеся страны) и соответственно уменьшение периода удвоения численности t2, который на сегодня составляет 34 года. Во-вторых, как видно из рис. 21, численность населения Земли далеко превысила отведенный для человека предел в 1 млрд. Если темпы роста возрастания численности населения сохранятся, то уже к 2030 году оно может составить 11 млрд жителей. Такого количества землян планета не выдержит по многим параметрам, в том числе и потому, что для производства только пищи необходимо будет в пять раз поднять производство и потребление энергии, а установлено, что увеличение даже в три раза приведет к превышению климатического предела и полному разбалансированию биосферы. Одновременно это потребовало бы удвоения каждые 10 лет потребления пресной воды и органических удобрений. Но даже если бы вдруг рост населения сегодня прекратился, ныне проживающее число людей на планете продолжительное время существовать не может, поскольку и оно резко разбалансировало биосферу. Между тем рост населения не прекращается, а попытки мирового сообщества гуманными способами регулировать численность землян терпят неудачу. Об этом свидетельствуют результаты Конференции ООН в Каире по народонаселению (сентябрь 1994 г.). Все доводы мирового сообщества о необходимости регулирования численности людей натолкнулись на сопротивление Ватикана и лидеров мусульманского мира и результаты встречи оказались бесплодными. В итоге конференция зафиксировала безрадостный прогноз, что в 2015 году численность землян будет находиться в пределах 7,2 - 7,9 млрд человек. Несомненно, что численность землян рано или поздно вернется к значению, обеспечивающему устойчивое функционирование биосферы. Это будет сделано либо самими людьми по управляемому "мягкому" варианту, когда до 1 млрд численность снизится примерно за столетие (для этого необходимо нынешний рост превратить в такое же по темпам - 1,8 % в год - сокращение, что примерно соответствует рождению не более одного - двух детей в семье), либо снижение будет обеспечено самой природой по быстрому катастрофическому варианту со скоростью 3 % в год. Такие прецеденты для других видов на Земле наблюдались неоднократно. Процессы обвального сокращения скорее всего будут идти с большими неравномерностями, сопровождаясь колебаниями плотности и сильными миграционными движениями.

9.3. Рост уровня производства и неравномерность потребления как фактор нарушения устойчивости

Характерная черта современной человеческой цивилизации - неуклонный рост объемов производства и потребления. За двадцатое столетие потребление ископаемого топлива возросло почти в тридцать раз, а промышленное производство - более чем в пятьдесят раз. Основная доля этого роста - 3/4 ископаемого топлива и