Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Издавна человек оказывал влияние на окружающую среду, занимаясь животноводством, охотой, земледелием, строительством ирригационных сооружений, вырубкой леса и т.п. На протяжении долгого времени возможности человека были ограниченны, и в целом он незначительно изменял природные ландшафты. Однако с течением времени численность населения планеты возрастала, человек вооружался мощной техникой, его влияние на природу все усиливалось и в последние десятилетия достигло невиданных масштабов.

Актуальность темы исследования обусловлена с усилившимися негативными последствиями воздействия научно-технического прогресса на природную среду, обострением планетарной экологической ситуации, что ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого на земле.

Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась настолько велика, что уже в первой половине XX века возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - учение о биосфере.

Структурными единицами биосферы являются биогеоценозы, основным же компонентом - живое вещество. Живое вещество - это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах и различающихся массой, химическим составом, энергией. Именно живое вещество является носителем и создателем свободной энергии.

Одним из крупнейших событий в истории естественных наук XX века явилось разработанное В.И. Вернадским учение о биосфере и ноосфере, как сфере разума, высшей стадии развития биосферы в результате человеческой деятельности. Хотя понятие «биосферы», т.е. области жизни - было введено в биологию Ж. Ламарком, а в геологию Э. Зюссом в XIX в., лишь в лекциях В.И. Вернадского, прочитанных в университете Сорбонны в 1922-1923 гг., и вышедшей в Ленинграде в 1926 г. Его книги «Биосфера» содержалось изложение основных принципов и понятий этой теории. В результате его работ учение о биосфере сформировалось как новое научное направление.

Цель данной работы - выявить роль учения Вернадского о биосфере в современных условиях.

Данная цель обусловила необходимость решения следующих задач:

1. Дать анализ учения В.И. Вернадского о биосфере;

2. Изучить процесс освоения жизнью планеты;

3. Охарактеризовать положения эволюционной теории в свете учения Вернадского.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения. В конце прилагается список использованной литературы.

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере

Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Эйнштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

Автор нового учения - Владимир Иванович Вернадский в своих «Очерках геохимии» отмечает, что идеи о значении жизни как совокупно действующего явления, влияющего на ход планетарных процессов, появляются уже в трудах естествоиспытателей XVII века, в частности у X. Гюйгенса. К разработке подобных идей были причастны Ж.Л. де Бюффон, Ф. Вик д'Азир и Ж. Ламарк. Так, в «Гидрогеологии» Ламарка содержится попытка естественнонаучного описания жизни в качестве планетарного явления.

Далее Вернадский выделяет теорию нептунистов: «Теснейшим образом связанная с водой жизнь имела свое почетное место в созидании окружающей нас природы. Жизнь для нептунистов была огромной силой, а не случайным явлением в истории планеты».

Предшественником естественно-научного подхода в описании биосферы по праву может считаться и А. Гумбольдт - один из крупнейших естествоиспытателей XIX века. И в своих ранних работах, и в позднем синтетическом произведении «Космос» он обобщил понимание того, что «…живое вещество есть неразрывная и закономерная часть поверхности планеты, неотделимая от ее химической среды».

Хорошо рисовавший и наделенный могучим воображением австрийский геолог Э. Зюсс мысленно увидел нашу планету из космоса, выделив особые сферы: гидросферу - природные воды, литосферу - земную кору, биосферу. В его понимании биосфера - это лик Земли, земные ландшафты. Значение этого термина в работах Зюсса скорее метафорическое. Глубокой научной разработки здесь оно не получило.

В монографии «Происхождение Альп» он говорит о «самостоятельной биосфере» как об особой оболочке Земли, образованной живыми организмами. В заключительной главе большого трехтомного труда «Лик Земли» (1909) автор пишет, что понятие «биосфера» возникло как следствие идей Ж. Ламарка и Ч. Дарвина о единстве органического мира.

С работ Зюсса датируется начало биологического представления о биосфере, как о совокупности организмов, населяющих Землю, как о живой оболочке планеты. Такого взгляда придерживались многие русские географы, например Н.М. Сибирцев (1899), Д.Н. Анучин (1902), П.И. Броунов (1910), А.А. Григорьев (1948), английский исследователь и философ Дж. Бернал (1969). Французские учёные Э. Леруа (1927) и П. Тейяр де Шарден (1965, 1969) также взяли за основу определение Зюсса, однако трактуют его в идеалистическом плане. Согласно Тейяру, биосфера - живой пласт планеты, одна из стадий воплощения Бога.

Наиболее логично охарактеризовал геосферы английский океанолог Дж. Меррей в начале нашего века: «В настоящее время естествоиспытатели обозначают термином «биосфера» тот покров из живого вещества, который одевает земной шар всюду, где соприкасаются и смешиваются между собой атмосфера, гидросфера и литосфера. На суше живые существа не поднимаются над ее поверхностью слишком высоко и не проникают очень глубоко внутрь ее. В океане дело обстоит иначе. Жизнь существует всюду, во всей массе океанических вод - от экватора до полюсов и от поверхности до самого дна…» Мысли Меррея стали исходной точкой для русского ученого Вернадского, началом учения о том, что живое вещество и среда жизни составляют единое целое - биосферу.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Жан Батист Ламарк (1744-1829) - французский естествоиспытатель, натуралист, создатель первой целостной, последовательно разработанной теории эволюции живой природы, предшественник Чарльза Дарвина. Ж. Ламарк первым пришел к представлениям о биосфере как о поверхностной оболочке Земли. Рассматривая жизнедеятельность организмов, в которых наиболее сильно действуют флюиды магнетизма и электричества, в качестве геологического фактора в истории Земли, он указал на их значение в создании всех веществ на поверхности планеты. Согласно Ламарку, вся поверхность Земли, водные массы и атмосфера - это огромное поле деятельности Природы, а один из наиболее очевидных результатов этой деятельности - постоянно происходящее разрушение разнообразных сложных веществ. В рамках развиваемой концепции такое разрушение само по себе не нуждается в каких-либо дополнительных объяснениях, поскольку происходит в силу «внутренних» (или «естественных») причин. Ламарк подчеркивал, что у живых тел обнаруживаются все сложные неорганические вещества, встречающиеся в природе, и что в местах, не заселенных организмами, минералы весьма однородны. В «Гидрогеологии» Ламарк все минералы земной коры, включая даже граниты, рассматривал как продукты жизнедеятельности организмов. Возвращаясь к «Гидрогеологии», следует подчеркнуть в свете современных исторических знаний, что и у Ж. Ламарка были предшественники.

Д. Вудворд, видимо, первым в 1695 г. высказал идею о каких-то общих закономерностях, управляющих взаимодействием живых организмов, и роли их в образовании окаменелостей.

За ним Ж. Бюффон в первом томе «Естественной истории», вышедшем в 1749 г., развил и конкретизировал идеи о роли жизни в реологических процессах.

Ф. Вик д'Азир в 1786 г. писал о проникновении живых организмов во все внешние земные оболочки и о том, что они буквально наполняют эти оболочки и активно влияют на происходящие в них процессы.

Только за этим последовала «Гидрогеология» Ж. Ламарка. Ламарк примыкал к деистической форме материализма. (Деисты, критикуя религию - библейские представления, утверждали, что все явления природы происходят по естественным законам и отвергали непосредственное вмешательство бога в дела природы.). Он признавал бога лишь в качестве безличной первопричины мира. В отличие от сторонников креационизма - теистов К. Линнея и Ж. Кювье, считавших, что виды животных и растений были созданы творцом и потому имеют качественно-определенные грани, в отличие от этого деист Ж. Ламарк: считал, что виды организмов возникают и развиваются по законам природы, причем между видами объективных граней не существует, и они незаметно переходят одни в другие.

Ламарк в своем толковании природы выступает как ученый и философ-материалист.

Для современного биолога представляют большой интерес взгляды Ламарка о качественной специфике живого. «Можно положительно утверждать, - говорит Ламарк, - что между неорганическими и живыми телами лежит огромная пропасть, не позволяющая ни расположить их в один ряд, ни связать переходом, что тщетно пытались сделать». Кроме того, Ламарк устанавливает существенные различия между животными и растениями, считая раздражимость исключительной способностью первых.

Исторической заслугой Ламарка является установление важных законов материалистической биологии о влиянии упражнения и неупражнения органов па их развитие (первый закон) и о наследовании приобретенных в течение жизни свойств и признаков (второй закон).

В книге В.Я. Шипунова о структурных компонентах биосферы в качестве единомышленников В.И. Вернадского названы Ф. Рихтгофен, В.В, Докучаев, П.И. Броунов, Р.И. Аболин и даже А.А. Григорьев.

Свои идеи о биосфере он изложил в работе «Биосфера», вышедшей в 1926 г. Дальнейшая разработка концепции биосферы отражена в ряде работ: «Очерки геохимии» (1927), «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» (1965), «Живое вещество» (1978).

В учении о биосфере определению ее структуры первоначально не было уделено достаточного внимания. В.И. Вернадский ограничился лишь довольно беглым обзором геологических оболочек и геосфер Земли. В дальнейшем основные усилия были направлены на исследование отдельно суши и океана, а также биосферы как целого с ее геохимией, круговоротами веществ и потоком энергии, порождающим эти круговороты, с одной стороны, и на изучение элементарных экосистем - биогеоценозов с их энергетико-вещественными свойствами, с другой. Если провести аналогию с организмом, то в поле зрения попали прежде всего индивид как целое, самые крупные его блоки и отдельные клетки, а составленные ими ткани, органы и системы органов - вся внутренняя иерархия систем - оказались вне поля пристального внимания ученых.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном - тонким (в несколько миллиметров) слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10-11 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Занимаясь созданной им биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три биогеохимических принципа:

1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.

2 Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Этот принцип при антропогенном измельчании средних размеров особей биоты Земли (лес сменяется лугом, крупные животные мелкими) начинает действовать аномально интенсивно.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Данные геохимические принципы соотносятся со следующими важными выводами Вернадского:

* каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой;

* жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись по планете, стимулируя перераспределение энергии и вещества.

Основная задача в изучении эволюции биосферы, по мнению Вернадского, заключалась в установлении связи «эволюции видов с механизмом биосферы, с ходом биогеохимических процессов».

Существование подобной связи не вызывало у него сомнений, так как «основные числа, характеризующие эти процессы, являются видовыми признаками, меняющимися в процессе эволюции». К числу этих признаков он относил общую биомассу вида, его химический состав и геохимическую энергию. Позднее, конкретизируя эти мысли, Вернадский характеризовал эволюцию химической и энергетической структур биосферы как интегральный результат преобразований, происходящих на видовом уровне организации жизни. Факторы и движущие силы видообразования, по-видимому, и представляют собой ведущие источники преобразования всей биосферы. Поэтому необходимо исследовать, как «эволюция видов переходит в эволюцию биосферы». В связи с этим при постановке проблемы эволюции биосферы Вернадский использовал основные результаты исследований эволюции органического мира, в том числе и дарвинистские представления о причинах видообразования. Он считал необходимым учитывать и детерминирующее влияние структуры биосферы на эволюцию каждого вида. Изучение влияния структуры биосферы на эволюцию видов, по мнению Вернадского, представляет определенный интерес и для эволюционной теории, так как позволяет объяснить некоторые закономерности биологической эволюции действием «целой совокупности физических законов и механизмов функционирования биосферы». Таким образом, Вернадский впервые выдвинул задачу синтеза основных положений эволюционной теории с созданным им учением о биосфере. С одной стороны, для познания механизмов эволюции биосферы следует опираться на данные эволюционной теории о субстрате эволюции органического мира и ее движущих силах. С другой стороны, изучение структуры биосферы должно способствовать углублению знаний о закономерностях органической эволюции. Эти положения являются ключевыми для понимания взглядов Вернадского на сложные взаимодействия эволюционных преобразований, происходящих на разных уровнях организации жизни.

Биосфера Вернадского неразрывно связана с его концепцией пространства-времени, т.е. она трехмерна и геоисторична. Сведение её к современной жизнедеятельной плёнке планеты не просто обедняет понятие биосферы, а лишает её самой основы - бесконечной длительности эволюции, сложности неравномерного исторического развития, его непрерывности, направленности и необратимости. Нынешний срез биосферы, какой бы сложной и экологически дробной она нам ни представлялась, в своём вхождении в ландшафты Земли, в литосферу, в гидросферу (вплоть до человека в космосе) только вершина древа - гигантского пути, идущего из геологического прошлого, без знания которого вся ослепительная красота современной мозаики жизни безродна и слепа.

Биосфера, как считает В.И. Вернадский, сразу возникла как система, состоящая из примитивнейших безъядерных (прокариотических) организмов - прокариот. Однако одни из них питались готовыми органическими веществами - это были гетеротрофные бактерии. Другие же могли использовать энергию химических связей для созидания органического вещества. Такие организмы названы хемотрофами. Вместе они и создали систему пищевой (трофической) зависимости или биологический круговорот. Время возникновения круговорота, а, следовательно, жизни все дальше отодвигается вглубь веков. Ранее считалось, что архей - древнейшая эра жизни (2,8 млрд. лет назад), сейчас же говорим о катархейской эре (уже 3,8 млрд лет назад). Для В.И. Вернадского же жизнь на Земле - геологически вечное явление.

Верхняя граница биосферы, по Вернадскому (1965), проходит на высоте 15-20 км, охватывая всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы: озон находится у полюсов в слое 8-30 км, в тропиках 15-35 км. Снизу Биосфера ограниченна отложениями на дне океанов (до глубины свыше 10 км) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии. Подстилающая литосфера, верхняя стратосфера, ионосфера и космическое пространство служат биосфере средой. Основной энергетический источник, обеспечивающий функционирование биосферы, - энергия Солнца. Таким образом, биосфера - это особая термодинамическая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обуславливаются взаимодействием её биотического и абиотического компонентов. Она, следовательно, включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами и изменяемые их деятельностью.

В науке принято говорить о структуре биосферы:

- Атмосфера. Это воздушная оболочка, состоящая из азота и кислорода, углекислого газа и озона. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде.

- Гидросфера. Вода важная составная часть всех компонентов биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов.

- Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами - продуктами жизнедеятельности организмов.

1.2 Живое и косное вещество по Вернадскому

Одно из величайших достижений естествознания XX в. - учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.

Вещество биосферы, по мнению ученого, сложно и имеет несколько компонентов.

Среди них ученый выделяет следующие:

1) совокупность живых организмов - живое вещество;

2) вещество, создаваемое и переработанное живыми организмами, - биогенное вещество (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и др.);

3) косное вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует (твердое, жидкое, газообразное и др.);

4) биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамическое равновесие системы тех и других (почти вся вода биосферы, нефть, почвы, кора выветривания и др.). Организмы в них играют ведущую роль;

5) вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада;

6) рассеянные атомы, которые непрерывно создаются из различных видов земного вещества под влиянием космических излучений, потоки которых непрерывно поступают в околоземное пространство. Их физический состав требует дальнейших исследований;

7) вещество космического происхождения, которое включает отдельные атомы и молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля Солнца, проникающие из космических пространств.

В.И. Вернадский вводит понятие живого вещества, подчеркивая свою позицию натуралиста дающегося на объективные факты науки. И первым таким фактом является живой организм - неотъемлемая часть земной коры и агент, ее изменяющий.

Вторым таким же объективным фактом является резкое различие живого и неживого, отсутствие переходов между ними. Вот эта противопоставленность живого и косного веществ и в то же время их органическое взаимодействие в планетарном круговороте и образуют исходное противоречие, которое Вернадский считает необходимым разрешить.

Живое вещество - это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах и соответственно различающихся массой, химическим составом и энергией. В таком случае оно может изучаться научными методами естествознания. Однако В.И. Вернадский создал на базе такого узкоспециального изучения живого уникальное учение о биосфере. И он отдавал себе отчет в новизне и значимости своих результатов.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

Раскрывая смысл понятий живого и косного вещества, Вернадский формулирует две аксиомы: 1) Организмы берут все химические элементы, строящие их тела, из окружающей среды и возвращают их после смерти или при жизни в ту же среду. 2) Без небесных светил, в частности без Солнца, жизнь на Земле не может существовать.

Вернадский конкретизирует взаимодействие жизни и косного вещества, состоящее в непрерывном круговороте химических элементов. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом и выражается в никогда не прекращающемся дыхании, питании, размножении.

Живые существа задерживают часть солнечной энергии, достигающей поверхности планеты. Земные растения как бы впитывают солнечные лучи, переводя в процессе фотосинтеза лучистую энергию в энергию синтеза сложных органических соединений. Для Вернадского живые организмы предстали в новом свете - как особая геохимическая сила.

Центральным в концепции является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда 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 воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество. Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше, и без помощи человека они либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого. По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности: открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул как отличительной особенности живых тел; вкладу живых организмов в энергетику биосферы и их влиянию на неживые тела.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

- изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах - геологического времени;

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

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

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

1.3 Круговорот химических элементов в биосфере

Создание органического вещества и его распад обеспечивают постоянный обмен веществ и энергии между живыми организмами и средой их обитания. Эти перемещения названы биогоехимическим (биотическим) круговоротом, или биогеохимическими циклами. В ходе этих циклов атомы многих элементов рано или поздно проходят через живые организмы. Так, посчитано, что для кислорода этот цикл составляет около 2000 лет.

В круговороте постоянно находятся огромные массы органических и неорганических соединений. Однако циклы не замкнуты полностью. Так, в наземных экосистемах ежегодно выводится из оборота около 180 т углерода, накапливающегося в осадочных породах. Биотический круговорот определяет судьбу многих жизненно важных химических элементов. Это в первую очередь относится к кислороду, углероду и азоту, а также к таким элементам, как водород (особенно в составе воды), фосфор, натрий, калий и кальций и др. Благодаря фотосинтезирующим организмам в атмосфере появился свободный кислород. Без живых организмов невозможно было бы образование почв и запасов органоминерального топлива. По выражению Владимира Ивановича Вернадского, живое вещество биосферы является огромной геологической силой.

К числу ведущих биотических круговоротов в биосфере принадлежат круговороты основных для живых существ химических элементов.

Так, основной источник газообразного кислорода в атмосфере - это деятельность фотосинтезирующих организмов. Свободный кислород используется большинством живых существ при дыхании, а в неживом мире - в процессах окисления. Он включается в состав как органических, так и неорганических соединений, в том числе воды.

Часть кислорода накапливается при захоронении карбонатов, в том числе биогенных.

Круговорот углерода. В процессе фотосинтеза растения поглощают углерод в составе углекислого газа. Продуцируемые ими органические вещества содержат значительное количество углерода, распространяющегося в экосистеме по цепям питания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ. Органические остатки в море и на суше минерализуются редуцентами. Один из продуктов минерализации - углекислый газ - возвращается в атмосферу, замыкая цикл.

В течение 6-8 лет живые существа пропускают через себя весь углерод атмосферы. Ежегодно в процесс фотосинтеза вовлекается до 50 млрд. т углерода. Часть его накапливается в почве и на дне океанов - в скелетах водорослей и моллюсков, коралловых рифах. Существенный запас углерода содержится в составе осадочных пород. На основе ископаемых растений и планктонных организмов сформированы месторождения каменного угля, органогенного известняка и торфа, природного газа и, возможно, нефти (некоторые ученые предполагают абиогенное происхождение нефти). Природное топливо при сгорании пополняет количество атмосферного углерода. Ежегодно содержание углерода в атмосфере увеличивается на 3 млрд. т и может нарушить устойчивость биосферы. Если темп прироста сохранится, то интенсивное таяние полярных льдов, вызванное парниковым эффектом углекислого газа, приведет к затоплению обширных прибрежных территорий по всему миру. Разнообразны пути движения углерода в биосфере. В различных соединениях накоплено огромное количество этого элемента. Но для живых организмов главный его источник - углекислый газ атмосферы (всего 0,032% по объему) и его раствор в воде.

Часть накопленного углерода может сохраняться на протяжении длительного времени. Так, в древесине связанный углерод (всего до 6500x10 т) может сохраняться десятки, а иногда и сотни лет, а в биогенных известняках, каменных и бурых углях - десятки и сотни миллионов лет. То же можно сказать и о залежах нефти и газа.

Большое количество углерода в составе карбонатов растворено в морях и океанах, зафиксировано в донных отложениях и скелетных образованиях.

Для современного круговорота углерода крайне важна деятельность человека. При переработке многих природных ресурсов образуется поступающий в атмосферу углекислый газ. Считается, что увеличение содержания этого газа приводит к так называемому парниковому эффекту, выраженному в первую очередь в увеличении среднегодовых температур.

Круговорот азота. Значение азота для живых организмов определяется в основном его содержанием в белках и нуклеиновых кислотах. Азот, как и углерод, входит в состав органических соединений, круговороты этих элементов тесно связаны. Главный источник азота - атмосферный воздух. Благодаря фиксации живыми организмами азот поступает из воздуха в почву и воду. Ежегодно сине-зеленые связывают около 25 кг/га азота. Эффективно фиксируют азот и клубеньковые бактерии. Необходимые для обеспечения жизнедеятельности его связанные формы поступают из нескольких источников:

1) образование окислов азота во время грозовых разрядов;

2) фотохимическая фиксация азота;

3) биогенная фиксация азота (около 25 кг/га в год).

Последний путь наиболее важен. В основном он связан с деятельностью различных прокариот, фиксирующих азот.

Круговорот азота - более замкнутый цикл, нежели круговорот углерода. Лишь незначительное его количество вымывается реками или уходит в атмосферу, покидая границы экосистем.

Круговорот воды. Пары воды в большом количестве содержатся в атмосфере. Часть осадков (иногда до четверти) перехватывается растениями и либо поглощается, либо перераспределяется в виде капель. Почвы обычно в той или иной степени накапливают влагу. Многие растения используют эту влагу для обеспечения своей жизнедеятельности. Значительная ее часть в итоге испаряется. Так, в лесных биомах испаряется до 50 000 л в день с гектара. Создание орошаемых полей приводит к резкому изменению режима испарения в засушливых районах. При этом требуется все больше и больше воды для полива и в результате испарения обычно происходит подъем засоленных грунтовых вод.

Вода растворяет разнообразные химические соединения. Часто это приводит не только к появлению нарушений (например, размывов), но и обеднению одних экосистем и обогащению других. В большинстве случаев сток оказывается в водоемах, сначала главным образом в ручьях и реках, а затем - в морях и океанах, а также в бессточных озерах. Все водоемы выступают своеобразными аккумуляторами как воды, так и растворенных в ней химических соединений. Однако часть воды испаряется с поверхности водоемов, а вот другие соединения накапливаются в них.

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот и белков. Соединения серы поступают в круговорот в основном в виде сульфидов из продуктов выветривания пород суши и морского дна. Ряд микроорганизмов (например, хемосинтезирующие бактерии) способны переводить сульфиды в доступную для растений форму - сульфаты. Растения и животные отмирают, минерализация их остатков редуцентами возвращает соединения серы в почву.

Ресурсы серосодержащих полезных ископаемых весьма значительны, а избыток этого элемента в атмосфере, приводящий к кислотным дождям и нарушающий процессы фотосинтеза вблизи промышленных предприятий, уже беспокоит ученых. Количество серы в атмосфере существенно увеличивается при сжигании природного топлива.

Круговорот фосфора. Этот элемент содержится в ряде жизненно важных молекул. Его круговорот начинается вымыванием фосфорсодержащих соединений из горных пород и поступлением их в почву.

Часть фосфора уносится в реки и моря, другая - усваивается растениями. Биогенный круговорот фосфора происходит по общей схеме: продуценты - консументы - редуценты.

Значительные количества фосфора вносятся на поля с удобрениями. Около 60 тыс. т фосфора ежегодно возвращается на материк с выловом рыбы. В белковом рационе человека рыба составляет от 20% до 80%, некоторые малоценные сорта рыб перерабатываются на удобрения, богатые полезными элементами, в т. ч. фосфором.

Ежегодная добыча фосфорсодержащих пород составляет 1-2 млн. т. Ресурсы фосфорсодержащих пород пока велики, но в будущем человечеству, вероятно, придется решать проблему возвращения фосфора в биогенный круговорот.

В биологическом круговороте часто хорошо проявляется биогенная аккумуляция, т.е. накопление каким-либо организмом того или иного химического элемента или его соединения.

Интенсивно потребляя природные ресурсы, человеку необходимо соблюдать природное равновесие. Сбалансированность ресурсов в круговороте веществ определяет устойчивость биосферы.

Основой разумного управления биосферой должны быть достаточные и точные знания о закономерностях и масштабах возможных изменений в ней, которые не нарушали бы ее главного свойства - круговорота веществ в процессе эволюции человечества и биосферы, перерастания биосферы в ноосферу.

2. Концепция В.И. Вернадского и перспективы эволюционной теории

Общественный характер человеческой истории и формируемые в ее ходе социальные структуры ограничивали конкретно-исторический спектр природных объектов, на которые воздействует человек. Но основанием всех конструирований отношения человека к природе было убеждение в несомненном превосходстве человека разумного, что нашло выражение, как в идее суверенности человеческого познания, так и в признании непрерывно возрастающих производительных сил за центральный критерий исторического прогресса. И соответственно считалось, что непрерывно возрастает независимость человека от природы.

Современная ситуация противоречит этому строю идей. Но в таком случае способ действия с конкретным объектом перестает исчерпываться достижением ближайшей цели. В него встраивается обобщенное видение исторически возможных человеческих способов действия и соответственно оптимизация целедостижения. А это и есть путь к ноосфере. Разумная деятельность должна строиться не как эмпирическое воспроизведение исторически предшествовавших способов действия с объектами, а через осознание всеобщих биосферой заданных параметров, в пределах которых только и может осуществляться жизнедеятельность вообще. Вот в каком смысле возникла необходимость положить границу, воздействию разума. Действенность разума в ходе целеполагания должна быть ограничена пределами возможностей существования человека, а таковыми выступает биосфера. Соответственно то, что прежде рассматривалось лишь как условие жизни человека - природа и демографический фактор, сегодня превращается в, исторические пределы, ограничивающие человеческий разум как геологическую силу.

Вернадский и предпринял грандиозную попытку не только обосновать, но и прогнозировать человеческую историю как естественный процесс. «Наука, - писал он, есть природное явление, активное выражение геологического проявления человечества, превращающего биосферу в ноосферу. Она в обязательной для всех форме выражает реальное отношение между человеческим живым веществом - совокупностью живых людей - и окружающей природой, в первую очередь ноосферой. Человек и его совокупность могут быть только мысленно из нее изъяты. Соотношение: человечество ноосфера - нераздельно». И, далее: «Впервые «мировой» характер социально-политических процессов в ходе человеческой истории явно исходит из более глубокого субстрата человеческой истории, из геологического субстрата, лежащего в основе истории человечества, из нового состояния области жизни в нашей планете - ноосферы, в которой человечество становится впервые мощной планетарной геологической силой, где может геологически проявляться его мысль, сознание, его разум». Для человечества не «отменяется» включенность в биогеокруговорот, прекращается лишь действие видообразования. Преобразование биосферы в ноосферу обусловлено сменой «центрирующей» силы: вместо биологического приспособления активной силой выступает разум человека. Течение событий, будущее может быть определено в этом случае нашей волей и разумом как факторами естественного планетарного хода вещей. В этом смысле, по Вернадскому, конфликты между человечеством и природой коренятся вовсе не только в социальных отношениях.

Новый поворот получает и вопрос об объективации знаний. Историческое понимание объективации связано не с гносеологическим противопоставлением субъекта и объекта познания, а с выявлением их единства в деятельности. Для людей способы действий с объектами имеют объективированную природу по определению. Знаково опосредствованное отношение человека к объекту действия выражается как представленность в действиях человека природы самого объекта.

Это и есть объективирование, или сфера бытия культуры. Вернадский как раз и считает, что новая форма энергии, связанная с жизнедеятельностью человеческих обществ, которую можно назвать энергией человеческой культуры, или культурной биогеохимической энергией, и создает ноосферу.

Мир культуры объективно-смысловой. Закон, устанавливаемый людьми, органично связан с природой. Обмен веществ регулируется человеком - в этом его автономность. А действие первого биогеохимического закона - усиления «биогенного тока атомов у человека - связано не только с развитием способностей, опредмеченных в орудиях производства, но и с неизбежным искусственным вмешательством в самые основы жизнеобеспечения, с тем чтобы привести в соответствие, а вернее, сохранить необходимый для жизни динамический стереотип в созданных самим человеком культурных средах.»

С позиций ноосферы парадокс «предыстории человечества» состоит в том, что собственность на средства производства обеспечивала власть, «завязанную» на экономику, т.е. остающуюся в кругу производства. А вся идеология (дух) оказывалась надстройкой. Социальные структуры, а не общение, делали людей «частичными», разделенными на классы, разрушали целостность, состоящую в неразрывной связи души и тела и в единстве людей с природой и между собой. Перспективы развития человеческой истории требуют инверсии отношения базиса и надстройки.

Производственные отношения задавали параметры человека и природы. Как функционер производства, человек не становился целостным существом. Производство по определению замкнуто на себя, оно не выходит за свои пределы, и его прогресс имеет подавляющие количественные характеристики (например, повышение производительности труда). Отсюда критерий прогресса общества - совершенствование техники. Если в производственных отношениях воспроизводится профессиональный функционер, то в общественных отношениях, даже скованных решеткой отчуждения, человек, воспроизводится как личность, как субъект культуры. Предыстория человечества закончится тогда, когда производство займет свое частное место как орган человека (человечества), существенно необходимый, но его не порабощающий. Материальное жизнеобеспечение не будет осуществляться способами, нарушающими единство человека и природы, но выступит как планетарный обмен веществ, регулируемый человеческим разумом. В этом отношении нынешние биотехнология, генная инженерия и другие завоевания научной мысли - только провозвестники ноосферы. Так концепция Вернадского открывает перспективу органической связи и преемственности биологической эволюции и человеческой истории.

В свете такой перспективы «третий синтез» в развитии теории эволюции, надобность в котором настойчиво ощущается современными биологами-эволюционистами, не сможет обойтись без обращения к человеческому разуму как фактору эволюции. Такой подход связан с изменением понимания смысла эволюционного процесса. Речь идет уже не о вещественном вкладе жизни в обогащение Земли продуктами и содержанием жизнедеятельности организмов, но, прежде всего о возникновении и развитии нового типа действий, нового типа взаимодействий с «косным веществом». Если последнее связано с выполнением физико-химических взаимодействий (соответственно с выполнимостью закономерностей этого ряда), то жизнь в составе и биосферы, и ноосферы подчиняется законам иного порядка. В свете такой постановки вопроса представляется корректным предположить, что этот новый тип взаимодействия и свойственные ему способы упорядочения (законы) обобщаются понятием приспособления. Хотя оно и было введено в биологию дарвиновской концепцией, однако не определяется и не используется в качестве методологического принципа.

Итак, в пользу толкования этого понятия как парадигмы построения эволюционной теории говорит, прежде всего то, что оно определяет основную роль жизни в эволюции Земли - экспансию освоения жизнью планеты. Уже этот факт обнаруживает, что то понимание функционального и морфологического «приноравливания» живого к условиям его жизнедеятельности, которое вкладывается эволюционистами в это понятие, да и в самый термин приспособление (адаптация), только описательно, недостаточно, если трактовать эволюцию в рамках концепции Вернадского.

2.2 Эволюция: целесообразность и приспособление

вернадский биосфера эволюционный косный

Биологи давно обратили внимание, что жизнь определяется не субстратно. Как система, она прямо-таки изощренно ограничена в своих контактах со средой, начиная с мембранных устройств и кончая системой рецепции. Функциональное значение этой системы ограничений определяется как раз характером активности живой организации. Именно ее системное устройство определяет модус активного проецирования своих действий на среду обитания. Таким модусом выступает выбор среди многообразия среды немногих объектов и условий, адекватных жизненным потребностям.

Рассматривая обособленность живого по отношению к средовому многообразию, мы обнаруживаем ее основу в своеобразии обмена веществ как модуса, или типа, взаимодействия, конституирующего жизнь как форму бытия. В отличие от неживой природы, в которой основой взаимодействия выступает принцип близкодействия или непосредственного контакта, жизнь в состоянии вступить во взаимодействие, только положив между собою и контрагентом опосредствующее звено, дистанцию. Отличие биологического взаимодействия в том, что в живом организме сконцентрирована программа приемлемых для него контактов, предваряющая их осуществление. Только выполнение этой программы действий обеспечивает снабжение организма энергией, не нарушая в то же время заданной организации его жизнедеятельности. Удивительность жизни в том, что она призывается к бытию не субстратно, не тем, что она есть форма существования белковых тел, но тем, что она оказывается в состоянии воспроизвести связь, порядок и последовательность действий, унаследованных от предшественников и обращенных вовне - в среду своего обитания.

Однако с точки зрения эволюции жизни дело здесь не в самой по себе способности воспроизведения живой организации - это всего лишь один из факторов эволюции. Сущность последней - в спонтанной способности освоения средового многообразия, которая и обозначается понятием приспособления. Недостаточность воспроизведения для понимания эволюции жизни явствует из следующего обстоятельства. С точки зрения воспроизводства организации, жизнь можно было бы рассматривать как эстафету наследственности, однако этому препятствует фундаментальная возмущающая особенность развития живого: заданная программа сама по себе не обеспечивает благополучного обмена веществ, потому что окружающий мир не уготован в качестве поставщика энергетического сырья для живого организма и в этом смысле выступает относительно него как хаос, неопределенность. Таким образом, избирательность организма не просто программа выбора из готового набора нужных ингредиентов - прежде чем присваивать, ему нужно упорядочить среду. Именно непрерывный процесс такого упорядочения в составе эволюции Земли и образует содержание понятия биосферы. Она есть развитие, а не состояние, потому что упорядочивающее воздействие живого не дано однажды навсегда, но постоянно возобновляется.

При этом живое существо оказывается центром непрерывной экстремальной ситуации и в двояком смысле. Во-первых, в силу и в меру независимости среда открыта возмущениям, снимать последствия которых выпадает на долю живого. Во-вторых, снятие возмущений не обеспечивает существования живого, потому что они непредсказуемы. Поэтому на организм ложится жизненно необходимая ответственность вносить и поддерживать относительно константный порядок в среде его обитания.

Следствием такой сконцентрированности на живом функций упорядочения взаимодействий организм - среда является и сама организация живого. Здесь опять-таки эта роль живой организации фокусируется в двух параметрах - в характере открытости по отношению к среде и в обеспечении константности как действующего центра. В качестве открытой системы живой организм зависим от среды, но в этой своей зависимости он замкнут на себя. Если по своему существованию организм живет за счет энергии среды, то по своему функционированию в этой зависимости он есть саморегулирующаяся система.

Такой смысл приспособления отчетливо представлен содержанием понятия «борьба за существование».

Центрированность живого во взаимодействии представлена предметной направленностью его поведения, которая однозначно выражена как идентификацией объекта действий животным, так и проектированием результата. Но это и означает, что поведение включает в себя отношение к объекту как к цели, потому что мобилизация организма к взаимодействию с объектами среды возможна только посредством возбуждения зафиксированных в нем поведенческих схем. А такие схемы являются и по составу, и по содержанию актуализацией эволюционного опыта приспособления. Именно эта закономерность эволюционного поведения организмов дает право заключить, что приспособление есть эволюционно-биологический способ обобщения. Тем самым целостность живых существ есть реализация имманентного им способа включения во взаимодействие со средой параметра преемственности. Поэтому их поведение нелинейно во времени и разворачивается в трех временных проекциях, где прошедшее представлено как схема, настоящее - как акт, а будущее - как прогнозирование результата. Отсюда эволюционно-биологическая природа целостности живого может и должна быть квалифицирована как целесообразность поведения.

Таким образом, обмен веществ, центрация и приспособление образуют три составляющие биологической эволюции.

Гениальность понятия биосферы в том и состоит, что в нем утверждается двусторонность эволюции жизни: эволюирует отношение (взаимодействие) организм - среда. Его логика сконцентрирована в понятии целостности, в котором как раз выражается особенность жизни как формы бытия.

Биологическая эволюция как преемственный процесс концентрируется» в явлении наследственности. При этом эволюционный смысл последней представлен через естественный отбор. Таким образом, оказывается, что биологическая преемственность включает в себя кроме наследственности также и приспособление. Принятое в дарвинизме причинное толкование эволюционной последовательности представляет этот процесс следующим образом. Генотипом задается норма реакции, образующая границы видовой адаптивности организмов. Эти границы вариативны, так что приспособительные возможности организмов обеспечиваются генотипом в достаточно широких пределах.

Реализация этих возможностей, детерминируемых генотипом, и составляет эволюционную преемственность. Это понимание выражено в предложенном Н.В. Тимофеевым - Ресовским понятии «ковариантной редупликации». Мутационная изменчивость, строго говоря, участвует в эволюционной преемственности не прямо, а в качестве возмущений генотипа. Испытавший такое возмущение генотип должен в онтогенезе конструироваться, укладываясь в норму реакции, прежде чем заложить свою линию преемственности.

Эволюционный подход диктует рассмотрение живых организмов с двух несовместимых точек зрения. С одной стороны, в их морфогенетической самостоятельности, в которой они выступают как целостности относительно упорядоченной системы биосинтеза; с другой стороны, в их поведенческой адаптивности к условиям среды обитания.

Несовместимость этих аспектов в том, что жизнедеятельность в них определяется по разным основаниям.

2.3 Способ освоения планеты жизнью

Возможность построения теории эволюции с позиций иной парадигмы усматривается посредством постановки вопроса о качественных особенностях участия жизни в эволюции планета как активной силы. Для этого, понадобится оценка таких особенностей жизни, как ее целостность, не с позиций «философской» констатации, но в качестве детерминатора ее места в составе взаимодействия со средой.

Попытку такого рода предложил лауреат Нобелевской премии М. Эйген в концепции гиперцикла. Эйген обратился к проблеме эволюции, отправляясь от вопроса о том, как эволюирование связано с принципом саморазвития материи. Оказалось, что связь между самоорганизацией и эволюцией органическая - самоорганизующаяся система либо погибает, либо эволюирует. И такая альтернативная судьба обусловливается логикой самоорганизующейся системы, само существование которой возможно только как цикл, потому что она есть самовозобновление (авторепликация) и, следовательно, самопроизвольная организация биосинтеза. В таком качестве последний организуется как каталитический процесс. Но будь он зависим от поступления катализатора извне, ему невозможно было бы развиваться. Он мог бы лишь строго повторять воспроизведение. Выход был один - достижение такого уровня сложности, чтобы в процессе синтеза катализаторы порождались самой системой синтеза как его промежуточные продукты. Вот такая система биосинтеза, которая сама себя порождает, возобновляясь путем создания в своем процессе автокатализаторов, и была названа Эйгеном гиперциклом.

Непроизвольность возникновения гиперцикла из циклического процесса редупликации макромолекул демонстрирует конкретно не только самоорганизацию жизни, но и неизбежность ее эволюции в сторону усложнения взаимодействий со средой, коль скоро такая система возникла. Показательны параметры, которыми задается так направленный эволюционный процесс.

Во-первых, это своеобразная инверсия системного существования гиперцикла. Концентрация системы перемещается с достижения результатов биосинтеза, составляющих конечное назначение его функционирования, на точность воспроизведения промежуточных опосредствующих звеньев.