Возникновение и развитие биосферы

Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и разрушения (деструкции). Это произошло вследствие того, что из общего геологического круговорота веществ выделился биотический круговорот. Живое вещество, образовавшись на Земле, вовлекло в глобальный круговорот все элементы ее поверхности. Так начался процесс создания биосферы, продолжающийся до настоящего времени. Вначале биосфера функционировала как взаимодействие одноклеточных синтетиков и деструкторов между собой и с абиотическими факторами среды. Затем появились многоклеточные организмы. Они развились до современных форм, но тем не менее, «прогрессивная эволюция биосферы невозможна без сохранения ее основы- круговорота органического вещества, регулируемого в основном деятельностью органических организмов. Как не могут нормально функционировать клетки мозга без клеток кишечника, почек, печени, крови, так же невозможно существование и развитие высших форм жизни без низших. Низшие одноклеточные - необходимая составная часть биосферы, обеспечивающая ее нормальное функционирование, а, следовательно, и возможность прогрессивного развития. Их постоянство- основа эволюции всей биосферы» [34].

Биосфера с момента возникновения претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, в усложнении их организации, в росте биомассы. В процессе жизнедеятельности организмов в корне преобразовалась и неживая часть биосферы. В атмосфере появился свободный кислород, а в ее верхних слоях - озоновый экран; углекислота, извлеченная организмами из воды и воздуха, законсервировалась в отложениях угля и карбоната кальция; некоторые вещества надолго выключились из круговорота веществ (залежи полезных ископаемых). Вместе с этим происходило выветривание горных пород, в котором живые организмы принимали активное участие. Выделяя углекислоту, органические и минеральные кислоты, они способствовали тем самым миграции химических элементов.

В геологических масштабах времени в истории Земли происходили значительные преобразования. Облик планеты постоянно менялся. На смену жаркому климату приходил холодный. Известен ледниковый период. В результате подъемов и опускания суши большим изменениям подвергались очертания и размеры материков и океанов. Несмотря на такие грандиозные явления, жизнь на Земле продолжала существовать и развиваться. Возникали новые формы организмов, а неспособные выдерживать изменяющиеся условия вымирали.

Таким образом, суммарная жизнедеятельность развивающихся видов организмов определяет особенности биосферы, которая в свою очередь обусловливает возможность выживания и направление эволюционных преобразований отдельных видов. Направление эволюционных преобразований отдельных видов представляет собой функцию их положения в эволюционирующей биосфере.

Основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни иногда целесообразно рассматривать с точки зрения закономерности и последовательности формирования основных сред жизни. С этой позиции биосфера за примерно 4,5 млрд. лет прошла пять исторических этапов эволюции, которые представлены на рис. 1.2 в виде усложнения системы взаимосвязанных циклов:

Первый этап соответствует возникновению первичного биотического цикла, осуществляемого сообществом фотосинтезирующих цианобактерий – сине - зеленых водорослей - первых примитивных, но чрезвычайно жизнестойких продуцентов органического вещества и кислорода. Поскольку круговорот еще не сбалансирован с абиотическим циклом, глобальной биосферы как таковой еще нет.

Второй этап соответствует установлению сбалансированного биотического круговорота с участием аэробных форм автотрофов и гетеротрофов, развитию и росту биосферы. Эти два этапа часто называют биогенезом (от греч.bios- жизнь и genesis- происхождение, возникновение).

К третьему этапу биосфера уже давно сформировалась и стабилизировалась, выполнила свои геологические функции: биотический круговорот достиг высокой степени совершенства; появился человек (антропогенный этап, от греч. anthropos – человек).

Четвертый этап соответствует развитию человеческой цивилизации, как сферы надбиологических потребностей, что создало принципиально новую ситуацию в эволюции биосферы. Под воздействием человека она превращается техносферу, материально-энергетические потоки которой не вписываются в биотический круговорот, несовместимы с ним, более того во многих случаях угнетающе действуют на функции биосферы.

Пятый этап соответствует современной эпохе, когда человеческое общество поглощает вещество и энергию не только через биосферу, но и непосредственно из абиотической среды. Это было бы кардинальным преобразованием хода эволюции биосферы, если бы при этом техногенная нагрузка на биосферу уменьшилась. К несчастью, пока что обращение человека к абиогенным ресурсам только увеличивает эту нагрузку, идет глобальное изменение биосферы[4].

Несмотря на свое исключительное положение в биосфере человек должен подчиняться общим законам природы и согласовывать с ними свои действия.

Возникнув как биологический вид, человечество прошло пять исторических этапов взаимодействия с биосферой: первый – взаимодействие как обычного биологического вида; второй – интенсивное уничтожение животных при охоте, в период становления человечества без изменения экосистем; третий – уничтожение части экосистем созданием пастбищ для скота и выжиганием трав при земледелии; четвертый - ускоренное уничтожение экосистем путем распашки земель, вырубки лесов; пятый – глобальное изменение биосферы. Эти этапы приведены на рисунке 1.3, из которого видно как постепенно человечество превратилось в глобальную «геологическую силу», как говорил В. И. Вернадский, которая сознательно меняет всю окружающую среду, включая околоземное пространство.

В природе известны три вида эволюции: неорганическая, органическая (биологическая) и социальная.

Неорганическая эволюция протекает очень медленно, ее практически невозможно изучить на протяжении жизни даже нескольких поколений исследователей. Эта эволюция изучается в основном астрономией (образование галактик, эволюция космических тел и др.).

Биологическая эволюция протекает значительно быстрее, причем ее темпы ускоряются. Так, жизнь возникла на Земле около 3, 5- 4,5 млрд. лет назад, а человек – всего 3,5 – 4 млн. лет назад (эти сроки незначительны в масштабах астрономии).

Социальная эволюция идет значительно быстрее биологической при этом она опережает биологическую.

1. абиотический круговорот (А), возникновение первичного примитивного биотического круговорота (Б);
2. рост биосферы и биотического круговорота;
3. стабильный биотический круговорот, появление человека (Ч);
4. рост человечества, появление техносферы (Т);
5. современная фаза: рост техносферы и влияние ее на биотический и абиотический круговороты.

Рисунок 1.2 - Стадии эволюции биосферы, представленные в виде последовательно вовлекаемых в круговорот циклов (по М. М. Камшилову, 1979) [34]

Рисунок 1.3 - Этапы развития человечества в его взаимодействии с природой и ее ресурсами (по Реймерсу Н.Ф., 1993 г.) [69]

Естественно возникает вопрос, каким путем пойдет далее развитие человека и биосферы в целом, какими средствами избежать необратимых последствий и предотвратить распад биосферы. Очевидно, следует так управлять процессами взаимоотношений между человеком и биосферой, чтобы они были взаимовыгодны и, чтобы развитие общества не привело к деградации биосферы. С экологических позиций можно говорить о сбалансированности процессов положительной и отрицательной обратной связи между обществом и средой.

Данный этап эволюции жизни рассматривается как этап развития разума, собственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу (греч. "noos" – разум и sphaira- шар), т. е. ноосфера закономерно идет на смену биосфере.

Ноосфера – это новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

Для ноосферы характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами.

Подлинным основателем учения о ноосфере в ее современном понимании был В. И. Вернадский. Он указывал, что биосфера ХХ века становится ноосферой, создаваемой, прежде всего, за счет развития науки и социального труда. Ноосфера находится не над биосферой, не вне ее, а является закономерным и неизбежным этапом развития самой биосферы, этапом разумного регулирования взаимоотношений человека и природы (ноосферного самоограничения). Он считал, что человек, как все живые организмы, как живое вещество, выполняет определенную функцию биосферы, что он во всех своих проявлениях составляет закономерную часть строения биосферы, и взрыв научной мысли в XX в. подготовлен всем прошлым биосферы и не может ни остановиться, ни пойти назад.

В. И. Вернадский постоянно подчеркивал, что ноосфера- это биосфера, переработанная научной мыслью, что она «не есть кратковременное и преходящее геологическое явление»[1].

Обобщая идеи В. И. Вернадского о том, что «…идеалы нашей демократии идут в унисон со стихийным геологическим процессом, с законами природы, соответствуют ноосфере», М. М. Камшилов отмечает: «На наших глазах совершается… переход от эволюции, управляемой стихийными геологическими факторами (период биогенеза), к эволюции, управляемой человеческим сознанием, к периоду «ноогенеза» [34].

В современных условиях человек уже сознает, что он должен считаться с законами развития биосферы и с ее возможностями. При переходе биосферы в ноосферу перед человечеством возникает огромная по масштабам и значению задача - научиться сознательно регулировать взаимоотношения общества и природы. Только целесообразная, осознанная и планомерная деятельность людей может обеспечить гармоническое развитие природы и общества, не ограниченное во времени. При этом ноогенез - этап становления ноосферы - предполагает развитие не только биосферы и общества, но и каждой отдельной личности.

Ноосфера- это период, когда человечество с помощью науки сможет осмысленно управлять природными и социальными процессами. Поэтому нельзя ноосферу считать особой оболочкой Земли. Ноосфера не может быть охвачена ни одной естественной наукой, необходимо взаимодействие естественных и общественных наук. При этом в проблеме ноосферы доминирующей является социальная сторона, а не наука и техника. Кризисные экологические ситуации, приближение глобального экологического кризиса, энергетический, продовольственный, экономический и другие кризисы - результат социальных условий.

Глубокий анализ процесса перехода биосферы в ноосферу дает М.И. Будыко, формирование биосферы он связывает с пятью процессами:
1. Человечество стало единым целым, научно- техническая революция охватила весь земной шар;
2. Осуществилась коренная перестройка связи и обмена, ноосфера явилась единым организованным целым, все части которого на различных уровнях действуют согласованно друг с другом;
3. Открытие новых источников энергии, ноосфера предусматривает коренную перестройку окружающей природы, поэтому ему не обойтись без колоссальных источников энергии;
4. Ноосфера предусматривает социальное равенство всех людей и подъем их благосостояния;
5. По мере развития ноосферы появится возможность регулировать состояние биосферы в соответствии с потребностями человеческого общества [17].

1.3.3 Понятие об "автотрофности" человека

Развитие идеи «автотрофности» человечества тоже связано с именем В. И. Вернадского, опубликовавшего работу под таким названием [1]. Согласно В. И. Вернадскому, автотрофными организмами считаются такие, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не нуждаются для построения своего тела в готовых органических соединениях другого организма.

Человеческое общество функционирует и развивается все более независимо от других форм жизни. В. И. Вернадскому принадлежит идея о том, что возможно превращение человеческого общества из гетеротрофной (т е. питаемой другими) категории в социально автотрофную. Таким образом, в данном случае понятие "автотрофность" означает относительную независимость человека от продуктов, создаваемых биосферой.

По аналогии с естественными автотрофными организмами между обществом и окружающей средой должны быть соответствующие орудия производства, при помощи которых органическим и неорганическим соединениям придается форма, пригодная для потребления.

В силу своих биологических особенностей человек не может перейти к автотрофной ассимиляции, но общество в целом способно осуществить так называемый автотрофный способ производственной деятельности. Под автотрофным способом производства подразумевается закономерная замена высокомолекулярных природных соединений (белков, жиров, углеводов) низкомолекулярными соединениями вплоть до химических элементов. Подобный путь обуславливает экологически замкнутую систему производства, при котором в наибольшей степени использованные продукты окажутся сырьем для других производственных циклов. Иными словами, производство должно создавать из низкомолекулярных соединений высокомолекулярные. Это очень важно для жизни на Земле, так как запасы природного сырья истощаются с огромной скоростью. Выход из положения В. И. Вернадский видел "в изменении формы питания и изменений источников энергии, доступной человеку". В качестве источника энергии он предполагал использовать энергию воды; силу приливов и морских волн; радиоактивную, атомную энергию и теплоту Солнца. «Непосредственный синтез пищи», - писал В. И. Вернадский, – «без посредничества организованных существ, как только он будет открыт, коренным образом изменит будущее человека». Он был уверен, что создание искусственной пищи сделает человека «независимым от другого живого вещества, и из существа социально гетеротрофного превратит его в существо социально автотрофное» [1].

Идея автотрофности, находящаяся пока в стадии осмысления, в первую очередь привлекает тем, что функционирование общества не связано или минимально связано с нарушением природной среды.

Считается, что именно автотрофный характер производства – одно из условий гармонизации отношений системы «человек – природа» при переходе биосферы в ноосфеpу.