В. И. Вернадский подчеркивает принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биогеологического единства земных естественно-природных процессов. "Между косным и живым веществом есть, однако, непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, питании, размножении и т. п." (Вернадский, 1977, с. 16).
В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетарном аспекте, В. И. Вернадский выделяет несколько основополагающих свойств, среди них первый и второй биогеохимические принципы:
1. "геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению";
2. "при эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию" (Вернадский, 1980, с. 260).
Ученый также указывает на необратимость процессоз жизни, на увеличение ее свободной энергии и выраженной дисимметрии в строении живого вещества. "...Диссимметрия выражена как особым характером симметрии пространства, занятого живым веществом, - существованием в нем ярко выраженных энантиоморфных полярных векторов - так особенно явным несоответствием - неравенством - между правым и левым характером явлений (обобщение Пастера)" (там же, с. 261). Развивая далее понятие о принципиальном значении явной диссимметрии, В. И. Вернадский пишет: "Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства и Космоса так далеко, как это невозможно пока никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни. Это ясно видел Пастер" (там же, с. 273). Итак, первый шаг в изменении современной естественнонаучной картины Вселенной, осуществленный В. И. Вернадским, - введение в эту картину живого вещества, второй - определение его как явления планетарно-космического.
Важная сторона естественнонаучных обобщений, сделанных В. И. Вернадским, состояла в том, что он постоянно подчеркивал космические, "вселенские" аспекты процессов и явлений, происходящих в живом веществе. Перечисляя планетные свойства жизни, В. И. Вернадский наряду с первым и вторым биогеохимическими принципами указывает также, что "живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей" (Вернадский, 1980, с. 260). Обмен этот проявляется, в частности, в том, что живое вещество "...создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца" (там же).
Сходные научные проблемы разрабатывал советский биофизик Александр Леонидович Чижевский. Он использовал концепцию биосферы как оболочки планеты, находящейся в непосредственной близости от космоса и впервые ввел представление о компенсаторно-защитной функции биосферы, необходимой для существования в планетарно-космических условиях Земли живых организмов.
Детальное обоснование теоретические представления В. И. Вернадского и А. Л. Чижевского получают в наши дни по мере проникновения человека в ближний и дальний космос, по мере нарастания космизации социальной деятельности человека. Так, пионерные исследования, уже четверть века осуществляемые советской космонавтикой, позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов. В частности, они радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий. Согласно И. С. Шкловскому (1982), это даже привело к своеобразной "научной революции" в астрофизике.
Например, в 60-х годах были открыты квазары - космические объекты (возможно, ядра галактик) с грандиозным по энергетической мощи уровнем активности и такие космические явления, как вспышки сверхновых звезд - пульсаров. Они происходят в галактиках, подобных нашей, вероятно, один раз в несколько десятков лет. Во время вспышки сверхновая звезда за короткое время излучает количество энергии, которое равно излучению всех прочих звезд данной галактики за тот же период времени. Величина энергии, образуемой вспышкой сверхновой, составляет до 1052 эрг. Для сравнения можно указать (Ш кловский, 1982), что запас тепловой энергии в недрах Солнца, где температура достигает нескольких миллионов градусов, составляет 1048 эрг. Это во много раз меньше энергии, излучаемой сверхновой. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике.
Теперь зададимся вопросом: могут ли влиять подобные мощнейщие космические взрывы на живое вещество? Советские биофизики Б. М. Владимирский и Л. Д. Кисловский (1982) отвечают на него так. Вспышки сверхновых, которые не слишком удалены от нашего Солнца, в принципе могут оказывать на биосферу Земли самое серьезное воздействие по сравнению со всеми иными, ныне известными источниками космических излучений. Это воздействие могло бы приводить к резкому увеличению количества мутаций и соответствующему этому изменению жизнедеятельности живых организмов. Возможно, что существенную роль в такой ситуации может сыграть воздействие исключительно мощного потока рентгеновского излучения, идущего от сверхновой, на атмосферу Земли. Теоретически такой рентгеновский поток может образовывать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота - вещества, разрушающего озон. В результате озоновый экран планеты, образовавшийся еще на ранних стадиях ее эволюции, мог бы быть сильно поврежден. Тогда живое вещество Земли подверглось бы резко усиливающемуся воздействию жесткого излучения Солнца (ультрафиолетовое излучение и т. д.), от которого предохраняет озоновый экран. Конечно, подобные научные гипотезы нуждаются еще в значительной дальнейшей разработке.
Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании по меньшей мере в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Одна из таких гипотез получила научно разработанную форму в трудах астрофизиков Ч. Викрамасингха и Ф. Хойла. Согласно их концепции наличие в веществе звездной пыли органических полимеров или длинных цепочек органических молекул с углеродным основанием и другие данные указывают на присутствие в космическом пространстве нашей Галактики огромного количества микроорганизмов - порядка 1052 отдельных клеток (Викрамасингх, 1982. с. 36). Возможно, что это космическое живое вещество находится в постоянном взаимодействии с живым веществом на планетах, начиная со времен его появления по настоящее время. Некоторые важные для эволюции виды мутации, патологические процессы в живых организмах с этой точки зрения могут оказаться своеобразным "зеркалом", отражающим взаимодействие живого вещества Земли и космоса (Викрамасингх, 1982). Вместе с тем следует отметить, что изучение подобных процессов, по существу, только начинается и, вероятно, науку на этом фронте исследований ожидают многие удивительные открытия, многие, говоря словами А. Эйнштейна, "приключения познания". Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельства в пользу концепции, выдвигавшейся В. И. Вернадским о широком, космическом по масштабам распространении во Вселенной живого вещества, о его космическом значении.
При изучении взаимодействий между живым и косным веществом интерес также представляют концепции современной космологии об особенностях эволюции Вселенной. Согласно представлениям И. С. Шкловского (1982), А. Д. Долгова и У. Б. Зельдовича (1982), С. Вайнберга (1981) и других, первоначальная, горячая, сверхплотная плазма, из которой образовалось в течение 15-20 млрд. лет все многообразие звездных систем Метагалактики, представляла собой совокупность элементарных частиц: фотонов, нейтрино, электрон-позитронных пар, нейтрон-антинейтронных пар и т. д. Наряду с фотонным, так называемым реликтовым, излучением, заполняющим Вселенную, астрофизики предполагают возможность существования реликтовых нейтрино - примерно 75 нейтрино и соответственно антинейтрино на каждый 1 см3 Вселенной.
Если справедлива гипотеза о том, что нейтрино имеет массу, то в настоящее время именно в них сосредоточена в основном масса Вселенной (Долгов, Зельдович, 1982, с. 35-36). Таким образом, космос как бы заполнен своеобразным, всепроникающим "нейтринным морем".
В настоящее время выдвигаются различные гипотезы о возможном взаимодействии нейтрино (которое является по астрофизическим гипотезам функциональной частью космического косного вещества) и планетного живого вещества. Биометеоролог С. Мэкси (1982) отмечает, в частности, что М. Рудерфер, специалист в области физики элементарных частиц, занимался вопросами устройства экспериментальных "ловушек" для регистрации неуловимых и всепроникающих нейтрино. Он высказал предположение о том, что наряду е чрезвычайно дорогостоящими физическими экспериментальными установками для обнаружения нейтрино могут быть использованы "ловушки" с использованием биологических объектов. М. Рудерфер основывался на том, что нейтрино могут оказывать существенное воздействие на живое вещество, и осуществил математические расчеты, показывающие теоретическую вероятность подобной гипотезы.
Интересно, что расчеты Рудерфера согласуются с экспериментальными данными французского ученого Л. Кирврана, который получил результаты, свидетельствующие о том, насколько необычными могут оказаться типы взаимодействия живого и косного вещества.
Кирвран исследовал реакции превращения веществ в растениях. В ходе исследуемых им реакций наблюдались изменения химического состава растений, которые говорят в пользу возможности превращения здесь (своеобразная трансмутация) одного химического элемента в другой - калия в кальций.
Кирвран также изучал реакции подобных превращений и не итицах. Один из экспериментов состоял в том, что в пищевом рационе подопытных кур искусственно создавался недостаток кальция. После этого куры начали нести яйца с тонкой, "кожистой" скорлупой. Затем им в пищу добавлялась очищенная слюда, представляющая собой силикат алюминия и фосфора, т. е. добавки кальция при этом не было. Птицы в избытке поглощали корм с этой добавкой. Уже на следующий день они начинали нести яйца с твердой скорлупой. Вес этой скорлупы в среднем равнялся 7 г.
Необходимо было объяснить, каким образом в данном случае образуется твердая скорлупа с высоким содержанием кальция, если в пище был его недостаток. Кирвран выдвинул предположение о том, что существует специфический, мало известный тип взаимодействия живого и косного вещества, происходящий в живых организмах. В соответствии с гипотезой Кирврана при этом происходит ферментативная реакция, в ходе которой калий (К1939) связывается с водородом (H11) и превращается в кальций (Ca2040). Эта реакция может быть записана с помощью элементарных обозначений:
Парадокс состоит в том, что для осуществления в живом организме ферментативной реакции ядерного синтеза по превращению калия в кальций необходима энергия, достаточная для уничтожения живого организма, в котором происходит рассмотренная выше ферментативная реакция.
М. Рудерфер, стремясь объяснить "эффект Кирврана" на основе уже сложившихся физических представлений, предположил, что реакция ферментативного ядерного синтеза по превращению калия в кальций возможна, если в ее осуществлении принимают участие нейтрино. Таким образом, "нейтринное море", заполняющее Вселенную, возможно, участвует в определенных, пока мало исследованных взаимодействиях между живым и косным веществом. Следует подчеркнуть, что подобная гипотеза в высшей степени условна.
Внимание исследователей также привлекают другие реакции ядерного превращения. Одна из них, в результате которой кислород (O16) и углерод (C12) превращаются в азот (N14), имеет большое научно-практическое значение. Эта реакция может быть записана в виде следующей формулы:
Раскрытие сущности этой реакции, возможно, позволило бы объяснить механизм фиксации азота, который осуществляют растения типа клевера.
В описанных выше явлениях речь идет о специфических взаимодействиях живого и косного вещества. Они приоткрывают завесу над новыми аспектами этих взаимодействий и связей между живым и косным веществом, включая и процессы, идущие в космической среде.
Предметом внимания исследователей становится также явление взаимодействия живого вещества и фотонных, световых потоков. Последние, как отмечалось нами ранее (при обсуждении современных астрофизических представлений), пронизывают и наполняют Вселенную аналогично "нейтринному морю". В настоящее время предметом конкретных научных исследований являются процессы сверхслабого излучения фотонов живыми системами в земных условиях. Такие процессы экспериментально обнаружены во всех исследованных клетках растений и животных, исключая некоторые водоросли, бактерии и простейшие. Диапазон сверхслабого электромагнитного излучения живых организмов лежит на границе между инфракрасной и ультрафиолетовой областью. Биологическое значение этого излучения в настоящее время определяется по-разному. Однако накапливается все больше фактов, которые дают основание считать, что фотоны ультрафиолетовой области излучения играют важную роль в межклеточных взаимодействиях (Казначеев, Михайлова, 1981).
Достаточно обосновано представление о том, что любая область спектра электромагнитных волн играет известную роль в эволюции живой природы и принимает обязательное участие в процессах жизнедеятельности организмов. Как уже говорилось, она может выступать как своеобразный "дирижер" ряда проявлений жизнедеятельности организма. Такая возможность уже установлена для значительной области спектра от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.
Есть основания предполагать, что электромагнитные взаимодействия представляют собой один из общих принципов информационных взаимоотношений живых систем и живого вещества в целом. Этот принцип находит выражение в проявлениях различных форм жизнедеятельности. Исходя из этих соображений, автор этой книги в 1965 г. предложил концепцию, в соответствии с которой биологическая система рассматривалась как особым образом организованное (неравновесное в соответствии с принципом Э. Бауэра)* фотонное "созвездие" (констелляция). Организация такого "созвездия" существует за счет постоянного притока энергии извне.
*(К принципу устойчивой неравновесности Э. Бауэра мы еще вернемся.)
Было предположено, что белково-нуклеиновые структуры в клетках сосуществуют в единстве до тех пор, пока их объединяет фотонная констелляция, которая образует информационно-регулирующую систему клетки с колоссальным запасом надежности. Квантовая информация, записанная в физико-химических соединениях клетки, извлекается из нее в результате биохимических превращений. Такие биохимические превращения "запускаются" в действие предшествующими потоками информации, которые существуют как внутри клетки, так и поступают в нее извне. Носителем информации, поступающей в биологические системы, могут быть кванты электромагнитного поля, или биофотоны. Исследования, проводившиеся на основе данной концепции, свидетельствуют об универсальном характере электромагнитной информационной связи и широком использовании электромагнитного канала передачи информации в живом веществе.
Ряд закономерностей взаимодействия электромагнитного поля (ЭМП) и живого вещества на клеточном уровне был выявлен нами многолетними исследованиями феномена межклеточных дистантных взаимодействий (подробнее см.: Казначеев, Михайлова, 1981).
Опыты проводились по следующей методике. В изолированных друг от друга колбах выращивались культуры (упрощенно говоря, "скопления") клеток. Колбы подсоединялись друг к другу плоскими донышками, представлявшими собой прозрачные кварцевые пластинки. Сквозь эту прозрачную перегородку (своеобразное "оптическое окно") культуры клеток могли обмениваться информацией, как бы "видеть" друг друга посредством описанного выше слабого электромагнитного излучения. Затем на одну из этих изолированных культур (находящуюся в первой колбе) производилось воздействие агентом физико-химической или биологической природы (ультрафиолетовое облучение, сулема, вирусы и т. д.). Примечательно, что культура во второй колбе (на которую агент непосредственно не действовал) синхронно прекращала рост и гибла, хотя до нее доходило лишь слабое электромагнитное излучение, т. е. поток фотонов, посланных умирающей под действием агента культурой из первой колбы. Эта реакция наблюдалась в десятках тысяч опытов в лаборатории клинической биофизики Института клинической и экспериментальной медицины СО АН СССР. Варьировались агенты, географическое место опытов и т. д. Само явление получило название "зеркального" цитопатического эффекта (ЦПЭ).
Мы рассмотрели естественнонаучные данные, относящиеся к возможным типам взаимодействия живого и косного вещества в ходе реакций ферментативного синтеза. Наряду с этим вкратце были изложены явления внутри- и межклеточных взаимодействий на основе световых, фотонных потоков. Эти данные позволяют высказать соображение достаточно общего характера, соотносимое с кругом идей, развивавшихся В. И. Вернадским.
Предварительно отметим следующее обстоятельство. Мы уже говорили о двух биогеохимических принципах В И Вернадского. Из этих принципов следует, что благодаря живому веществу и эволюции его организации в связи с появлением более совершенно устроенных типов живых организмов геохимическая биогенная энергия в биосфере стремится к максимальному проявлению. Сходные обобщающие представления выдвигались и видным советским биологом-теоретиком Э. Бауэром. Анализируя сущность биологической организации и ее специфику, Э. Бауэр ввел принцип "устойчивой неравновесности" биологических систем. Далее на основе этого принципа Э. Бауэр сформулировал принцип максимума эффекта внешней работы как исторической закономерности, т. е. закон исторического развития биологических систем. Суть его состоит в том, что развитие биологических систем есть результат увеличения эффекта внешней работы биосистемы (воздействия организма на среду) в ответ на полученную из внешней среды единицу энергии. Для этого биосистемы в отличие от систем неживой природы (т. е. от косного вещества, по В. И. Вернадскому) должны обладать свойством постоянно поддерживать свою структуру вне зависимости от факторов внешней среды. Поскольку живые системы постоянно совершают работу и разрушаются, то они должны одновременно и самовосстанавливаться, черпая из окружающей среды необходимые материалы, вещества, энергию и информацию. Благодаря процессу самовосстановления биосистемы сохраняют по отношению к среде обитания неравновесное антиэнтропийное состояние. В этом суть принципа устойчивой неравновесности Э. Бауэра.
Сходство между принципами, сформулированными В. И. Вернадским (первый и второй биогеохимические принципы) и Э. Бауэром (принципы устойчивой неравновесности" и "максимума эффекта внешней работы"), достаточно очевидно. В совокупности эти принципы, выражающие сущность организации и эволюции живого вещества, могут быть названы законом Бауэра - Вернадского.
Опираясь на изложенные ранее научные данные о ферментативных реакциях в живых организмах и о значении сверхслабых электромагнитных взаимодействий в форме фотонной констелляции для организации живого вещества, мы можем теперь сказать следующее. Эволюция живого вещества, состояние устойчивой неравновесности невозможны в равной мере без направленного стока (выхода) информации, заключенной в самом живом веществе, и без столь же направленного извлечения информации, а также сопутствующих материально-энергетических потоков из внешней среды. Здесь мы имеем дело со своеобразным, условно говоря, "зеркальным" эффектом. С одной стороны, живая система передает в среду определенные характеристики своей организации через внешнюю работу. С другой стороны, в процессе осуществления внешней работы и достижения ее максимума она столь же направленно воспринимает, "впитывает" необходимые для ее существования и обеспечения устойчивой неравновесности внешней среды.
И здесь, как нам представляется, закон Бауэра - Вернадского может быть связан с принципом дополнительности Н. Бора, если последний взять как характеристику самой объективной реальности (взаимодействие двух разнородных материальных систем в их единстве и противоположности). При этом следует напомнить, что под)азличными материальными системами мы имеем в виду живое вещество и косное. Свойство дополнительности при взаимодействии живого и косного вещества, возможно, имеет характер фундаментального естественно-природного принципа. Говоря о реакции ферментативного синтеза и о значении сверхслабых электромагнитных излучений в живом веществе, мы стремились показать, насколько удивительными и даже загадочными с точки зрения сегодняшних естественнонаучных представлений могут быть проявления принципа дополнительности во взаимодействии живого и косного вещества в процессе поддержания и увеличения живыми системами устойчивой неравновесности.
Изложенные выше естественнонаучные гипотезы и приведенные факты показывают, что исследования взаимодействий живого и косного вещества, начатые трудами В. И. Вернадского и его последователей, представляют опережающее, перспективное направление в естествознании, в постижении тайн природы.
Этюд третий. Космопланетарные солнечно-земные связи живого и косного вещества
Выше мы излагали представления о некоторых явлениях, указывающих на специфические типы связей живого вещества с процессами космической среды (вспышки сверхновых звезд, возможное существование галактического живого вещества, воздействие космических излучений). В. И. Вернадский наряду с А. Л. Чижевским развивал также идею, что важнейшее значение для живого вещества биосферы имеет космическое излучение Солнца. Эти явления в настоящее время интенсивно изучают физика солнечно-земных связей и гелиобиология. Особый интерес в этом плане представляют периодические изменения мощности потока излучаемой Солнцем энергии. Эти колебания вызываются увеличением или соответственно уменьшением количества областей активности на Солнце. Такие области активности хорошо известны из элементарного курса астрономии как "темные пятна" на Солнце. Количество подобных областей активности на Солнце колеблется на протяжении таких периодов времени, как 11 лет и 22-23 года. Наблюдаются и меньшие периоды колебания числа пятен продолжительностью 3, 5,5, 7 или 8 лет.
Большинство областей активности (OA) "живет" около 27 суток, хотя некоторые из них существуют по многу месяцев. OA характеризуются выбросами взрывного типа. Во время выбросов они испускают в окружающее космическое пространство потоки электронно-водородной плазмы (смесь ионов и электронов). Одновременно усиливаются потоки радиоволнового и коротковолнового, ультрафиолетового и рентгеновского излучения. В случае особо мощных вспышек OA также испускают поток гамма-излучения. Поток "солнечного ветра" достигает Земли за 1-2 суток. Он вызывает возмущение собственного магнитного поля Земли, или магнитную бурю.
К настоящему времени выявлены многообразные эффекты, в живом веществе являющиеся следствием изменений солнечной активности в OA. Они наблюдаются на различных уровнях организации живого вещества: популяционном, организменном, функциональном, структурном, клеточном, биохимическом и т. д. Как подчеркивает, например, гелиобиолог Б. М. Владимирский (1977, 1982), синхронизация биологических ритмов жизнедеятельности с циклами солнечной и соответствующей ей геомагнитной активности есть широко распространенное явление.
Наряду с изучением влияния солнечной активности на перечисленных выше уровнях организации живых организмов может быть предложена особая единица, отражающая периодические колебания солнечной активности на биосферном уровне, на том интегральном уровне организации живого вещества, значение которого вскрыл В. И. Вернадский. Предварительно такая единица обозначена как солнечно-биосферная единица (СБЕ). Она вводится на основе геохимических представлений о миграции элементов в биосфере, основы которого были заложены В. И. Вернадским, многими советскими учеными (Б. Б. Полынов, А. Е. Ферсман и другие). Солнечно-биосферную единицу мы связываем с крупными стоками рек (например, в Сибири это - бассейны рек Оби, Енисея, Лены). Каждая СБЕ может рассматриваться как система, имеющая: 1) вход (пополнение запасов); 2) канал перемещения водных масс с сопутствующей миграцией химических веществ и соединений (он включает русло рек и прилегающую территорию); 3) выход со сбросом воды в прилегающую часть шельфовой зоны океана. В ходе наблюдений могут быть выявлены критические точки маршрута перемещений и интенсивность концентрации здесь тех или иных химических соединений как на протяжении русла рек, так и на выходе из системы. Солнечно-биосферные единицы должны анализироваться во времени. Прежде всего здесь может быть использован упомянутый ранее полный цикл солнечной активности (22-23 года) и его субъединицы в 11 лет и 5,5 года.
При исследовании СБЕ могут привлекаться дополнительные, конкретизирующие параметры и характеристики. К ним относятся особенности климатических зон, классификация типов рельефов и ландшафтных комплексов, разрабатываемые науками о Земле, например, конструктивной географией. Однако эти конкретные характеристики должны использоваться на основе исходного представления о СБЕ. Изучение СБЕ как своеобразных "площадок", на которых прослеживается общая картина взаимодействия разнообразных космических и антропогенных факторов представляет важное как в теоретическом, так и в практическом отношении направление исследований в будущем. Накопленные новейшие материалы аэрокосмических исследований создают реальные основы для такого рода исследований, например, на Востоке нашей страны, включая Крайний Север. Изучение влияния космических факторов на уровне солнечно-биосферных единиц в настоящее время делает лишь первые шаги. Это сложная, комплексная проблема, стоящая перед современной наукой.
К настоящему времени солнечно-земные связи более изучены на уровнях организации живого вещества меньшей степени общности - на популяционном и организменном. Вместе с тем эти уровни кардинально важны при изучении вопросов сохранения и развития здоровья человека. Здесь концентрируются узловые проблемы современной науки. При анализе солнечно-земных связей не следует иметь в виду, что электромагнитное поле распространяющееся внутри атмосферы, обладает четко выраженными периодами колебаний. Они совпадают с количеством областей активности на Солнце и взаимным положением небесных тел.
Имеются основания для выделения в живых организмах таких биологических ритмов, как циклические изменения показателей их жизнедеятельности, которые определенным образом синхронизированы с колебаниями ЭМП. Это суточный (циркадный) ритм, семидневный и околомесячный (26-29 дней) ритмы. Есть также данные о наличии макроритмов в 0,5 года, 1 год, 3 и 7 лет.
Периодическое воздействие солнечной активности на живое вещество Земли реализуется в виде последовательности, указанной Б. М. Владимирским (1982, с. 166). Возмущение на Солнце (типа мощной хромосферной вспышки) порождает возмущение магнитосферы и ионосферы Земли (магнитная буря с внезапным началом). Это приводит к изменению напряженности электромагнитного поля на поверхности Земли. В свою очередь, изменения ЭМП "запускают" сдвиги физиологических параметров в живых организмах.
Говоря о сдвигах физиологических параметров организма в периоды увеличения геомагнитной активности, исследователи подчеривают важность этих данных для углубленного понимания взаимодействия человека с окружающей средой, для решения задач по сохранению и укреплению здоровья человека. По мнению ряда исследователей, изучение важнейших звеньев функциональных систем, участвующих в регуляции гомеостаза (тепловой баланс, нейрогуморальная регуляция, гемокоагуляция, некоторые стороны энергетического метаболизма, окислительно-восстановительные процессы, содержание биологически активных веществ, суточная периодика ритма сердечной деятельности) у больных с патологией органов кровообращения, позволяет считать геомагнитные возмущения, вызываемые солнечной активностью, физиологически значимым фактором внешней среды" (Новикова, Бяков, Михеев и др., 1982, с. 44).
Такой подход имеет большое значение для прогнозирования возможных расстройств в функционировании организма, при проведении широких профилактических противоэпидемических мероприятий (при вспышках эпидемий гриппа и т. д.). Относится это и к ряду хронических заболеваний (известны факты нарастания нарушений сердечно-сосудистой деятельности в периоды роста солнечной активности), к предупреждению дорожно-транспортных происшествий и т. д.).
Сочетание действия ЭМП и таких процессов, как распад минералов земной коры, вызывает появление в диэлектрической среде (атмосфера) аэроионов. Аэроионы - это одиночные или объединенные в комплексы атомы газов, несущие положительный или отрицательный заряд. В зависимости от подвижности в электрическом поле выделяют малые, средние и большие аэроионы. Концентрация больших аэроионов в воздухе над урбанизированными зонами и районами угледобычи может принимать значения порядка 50 тыс. см3. Аэроионы приводят к увеличению напряженности ЭМП в моменты увеличения солнечной активности. Действие аэроионов на организм может быть как негативное, так и позитивное. Так, известно, что воздушные течения, в частности ветры типа Альпийского фена, иногда могут быть чрезвычайно насыщены положительными аэроионами. В периоды, когда дуют эти ветры, в соответствующих географических районах увеличивается число сердечно-сосудистых заболеваний, мигрени, астмы, чаще наступают состояния утомления (Мэкси, 1982, с. 105). Коррекция воздействия этих экологических факторов возможна, если больных помещать в среду, где воздух насыщен отрицательными аэроионами. Насыщение воздуха отрицательными ионами уменьшает частоту дыхания, снижает кровяное давление, увеличивает рН крови и увеличивает устойчивость к хирургическому шоку. Таким образом, применение определенных медико-биологических мер может уменьшить или вовсе ликвидировать отрицательные воздействия на организм человека, связанные с ЭМП Земли.
Попробуем теперь проанализировать взаимодействие живых клеток с электромагнитной средой, создаваемой солнечной энергией. Напомним, что клеточный уровень организации живого вещества - это фундаментальная биологическая основа и человеческого организма. Все, что происходит с клеточными культурами в экспериментальных ситуациях, при определенных оговорках, может быть отнесено и к сложно организованным многоклеточным системам, или клеточным популяциям, из которых состоит наш организм.
Выше речь уже шла о том, что автором проведены многолетние исследования по наблюдению за ЦПЭ - "зеркальным" цитопатическим эффектом. Напомним, что сущность ЦПЭ в том, что клеточная культура, выращенная в изолированной колбе, адекватно реагирует на изменения, происходящие с клеточной культурой, помещенной в другой изолированной колбе, сообщающейся с первой лишь через прозрачную перегородку. Изменения клеточной культуры во второй колбе могут вызываться действием вирусов, ультрафиолетового излучения, токсического вещества типа сулемы.
Эти наблюдения мы проводили в различных гелиогеофизических условиях, например, синхронно в городе средней полосы и на Крайнем Севере, в годы активного Солнца и т. д. В ходе экспериментов было отмечено, что в годы активного Солнца (1969, 1980 гг.) проявление "зеркального" ЦПЭ обладает рядом специфических особенностей. Само проявление эффекта ЦПЭ характеризуется нестабильностью, имеется его зависимость от сезона. В благоприятное для человека в климатическом отношении время года чаще бывают дни, когда ЦПЭ дает 90-100%-ный эффект. В период действия таких сложных космических факторов, как солнечное затмение (31 июля 1981 г.) или "парад планет" (март - ноябрь 1982 г.), наблюдается угнетение роста клеточной культуры (монослоя), резко падает митотическая активность. Клетки образуют отдельные островки-колонки, которые не успевают образовать сплошной монослой, отслаиваются и гибнут.
По предположению ученых, гелиогеофизические факторы должны оказывать на тканевую культуру различное действие в зависимости от широтных перемещений. Геофизические данные, в частности, указывают, что полоса вдоль 67-й широты представляет собой арену протекания сложного комплекса электромагнитных явлений, тесно связанных с солнечной активностью. Так, напряженность ЭМП здесь заметно изменяется при переходе от полярной ночи к полярному дню. В результате одновременных экспериментов с тканевыми культурами и наблюдением за особенностями ЦПЭ в Новосибирске и Норильске было установлено, что в условиях интенсивных возмущений электромагнитного поля имеют место существенные различия в жизнедеятельности клеток монослоя в зависимости от места проведения эксперимента.
В Норильске рост монослоя тканевой культуры происходил энергичнее: плотность роста и количество клеточных ядер из расчета на единицу площади в Норильске были в 2 раза больше, чем в Новосибирске. Пик митотической активности (т. е. интенсивности деления клеток в тканевой культуре), наступающей через двое суток, в Норильске был выше в 3 раза, однако к концу шестых суток монослой здесь погибал. В то же время в Новосибирске продолжительность жизнедеятельности монослоя составляла 9-11 суток. Вместе с тем в Норильске обнаруживалась повышенная устойчивость клеточного монослоя к действию такого токсичного агента, как сулема. Если в Новосибирске монослой погибал при добавлении 3 мкг сулемы, то в Норильске для этого требовалось уже 5 мкг (Казначеев, 1982, с. 13-14).
Эти и другие экспериментальные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле Земли, его колебания оказывают влияние на жизнедеятельность живых организмов. Эксперименты с тканевыми культурами принципиально важны и в том отношении, что при выявлении влияния ЭМП на многоклеточные организмы (включая человека) эффекты ЭМП могут быть "замаскированы", "затемнены" многочисленными побочными явлениями] Исследование клеточных культур дает намного более отчетливую (хотя соответственно упрощенную) картину.
Более сложная картина влияния экологических факторов (включающих космическую составляющую) на живые организмы, в том числе на человека, выявляется при комплексном изучении этих факторов и их взаимодействий. Выше отмечалось, что комплексное исследование взаимодействий живого и косного вещества, определяемых солнечно-земными связями, может осуществляться на биосферном уровне, если вводятся особые единицы для такого изучения - солнечно-биосферные единицы.
Однако подобные исследования комплексного характера могут проводиться и на популяционном уровне, т. е. на уровне крупных групп народонаселения. Эта задача имеет важнейшее научно-практическое значение в связи с современным, интенсивным экономическим освоением Крайнего Севера. Подобные исследования проводятся силами ученых Сибирского отделения Академии медицинских наук СССР. Результаты этих исследований получили обобщение в виде концепции "синдрома полярного напряжения" (Казначеев, 1980).
"Синдром полярного напряжения" - это специфическая форма хронического напряжения. Она возникает у человека при переезде на Крайний Север. Вызывается эта форма комплексом физических, биологических, психофизиологических, экологических факторов, в ряду которых определенное место принадлежит и гелиогеофизическим факторам. Выделение данного понятия на современном этапе исследований связано с необходимостью установить наиболее общие и уникальные звенья метаболических и поведенческих реакций, которые могут лимитировать процессы жизнедеятельности человека на Крайнем Севере.
К их числу относится, например, реакция, сопровождающаяся возрастанием роли липидов (жиров) в энергетическом обмене организма в ходе адаптации человека к экстремальным условиям высоких широт. Эта реакция сопровождается изменением типов обмена веществ в организме человека - углеводного, белкового, обмена витаминов и микроэлементов. Данные о роли жирорастворимых витаминов в регуляции физико-химических свойств биологических мембран и тканевого метаболизма позволяют предположить, что наблюдаемые на Севере у пришлого населения изменения различных типов обмена, в частности липидного, являются одним из ведущих звеньев, определяющих особенности адаптивных реакций человека в условиях высоких широт (Казначеев, Куликов, 1980).
Комплекс экстремальных экологических факторов на Крайнем Севере (климат, электромагнитные флуктуации, биоритмы, психоэмоциональное напряжение, специфика труда, быта и т. д.) действует на человека, затрагивая многие функции его организма и различные уровни его биологической организации. Действие этого комплекса факторов как бы интегрируется на уровне биологических мембран посредством модификации их свойств за счет изменения количественного и качественного состава липидов, концентрации жирорастворимых витаминов, гидроперекисей жирных кислот и т. д.
Подчеркнем, что различные психофизиологические сдвиги, наблюдаемые у людей на Севере в различные сроки их приезда, - утомляемость, "полярная" одышка, временные нарушения сна, астенизация, невротические проявления - в основе своей, по-видимому, обусловлены биофизическими и биохимическими сдвигами на уровне клеточных структур. Эти сдвиги далее становятся первоосновой различных индивидуальных проявлений адаптивного напряжения, предпатологических, а также патологических состояний. По существу, речь идет об особом состоянии организма, которое характеризуется специфическими сдвигами глубинных процессов на клеточном уровне. Среди прочих экологических факторов особое значение здесь, по нашему мнению, принадлежит гелиогеомагнитным флуктуациям (Казначеев, Михайлова, 1981).
Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении для установления возможных видов воздействия гелиогеофизических факторов на жизнедеятельность организма, на формирование у человека тех или иных форм адаптивного напряжения. Эта проблема связана с целым комплексом научно-практических мероприятий, с мерами по осуществлению первичной профилактики и управлению состоянием здоровья крупных групп народонаселения в условиях хозяйственно-экономического освоения регионов Севера, с учетом возрастания миграционных потоков, с одной стороны, и необходимости создания на Севере устойчивых, оседлых популяций - с другой.
Таким образом, можно видеть, что проблемы взаимодействия жизни с космическими факторами, учет этих факторов при осуществлении масштабных народнохозяйственных мероприятий могут иметь существенное практическое значение, что немаловажно для решения задач социального заказа, которые ставит перед наукой общество. Все это, несомненно, будет способствовать проведению мероприятий, направленных на сохранение и развитие здоровья населения.
Мы не задавались целью всесторонне осветить взаимодействие косного и живого вещества и значение, которое принадлежит в этом процессе космическим факторам. Мы привели только результаты некоторых исследований, свидетельствующих об их перспективности. Вместе с тем из приведенных данных следует, что проблема прямого и косвенного (опосредованного) воздействия космопланетарных факторов на живое вещество (в том числе на биологические основы жизнедеятельности человека) - одна из наиболее значимых и фундаментальных в современном естествознании. Практическая важность решения этой проблемы заключается в том, что она связана с использованием соответствующих результатов в интересах человека, ради его блага, в целях его всестороннего развития, укрепления его здоровья. Теоретический естественнонаучный фундамент для этих исканий был заложен опередившими время естественнонаучными концепциями В. И. Вернадского.
Этюд четвертый. Живое вещество в процессах космопланетарной эволюции
Подчеркнем некоторые существенные моменты, характеризующие естественнонаучную картину мира В. И. Вернадского в целом. Прежде всего здесь следует выделить историзм, новое, более глубокое значение историй как важнейшего источника новых знаний не о прошлом, а о будущем. "Я думаю, - говорил В. И. Вернадский, - что история научного знания есть природный процесс - процесс создания новой геологической силы, превращающий биосферу в ноосферу" (Мочалов, 1982, с. 318). В 1912 г. в работе "Из истории идей" В. И. Вернадский писал: "История науки и ее прошлого должна критически составляться каждым научным поколением и не только потому, что меняются запасы наших знаний о прошлом, открываются новые документы или находятся новые приемы восстановления былого. Нет! Необходимо вновь научно перерабатывать историю науки, вновь исторически уходить в прошлое, потому что благодаря развитию современного знания в прошлом получает значение одно и теряет другое. Каждое поколение научных исследователей ищет и находит в истории науки отражение научных течений своего времени. Двигаясь вперед, наука, не только создает новое, но и неизбежно переоценивает старое, пережитое" (Вернадский, 1981, с 218).
Эта сторона работ В. И. Вернадского раскрыта в исследованиях С. Р. Минулинского, И. И. Мочалова и других, и все же мы вновь обращаемся к этому важнейшему положению. В период современной научно-технической революции, столь широко охватившей своими преобразованиями планетные явления, история науки превращается, по существу, в новый важнейший источник знаний. Без этих, уже "открытых" в прошлом, знаний затруднительно, просто невозможно движение научной мысли, ибо вся она в целом, все, ею накопленное, объединяется в единую геологическую, планетарную силу.
Сказанное относится ко всем сферам современных наук, современному естествознанию в целом. Уже в ближайшее время при такой направленной работе, вероятно, будет сделано немало крупных научных "открытий", подобно открытию в истории генетики работ Г. Менделя. Ждут своего "открытия" работы Л. Пастера и П. Кюри в области симметрии и диссимметрии. Напомним слова В. И. Вернадского о том, что мы ни на шаг не продвинулись за эти 80 лет по пути, проложенному Л. Пастером (1931). По-видимому, это столь же актуально и в наши дни, как и 50 лет назад.
История научных знаний - это история и социально-исторических и естественно-исторических процессов в их сочетании. Однако этот аспект истории науки исследован мало, источники же нового скрыты более всего в этой части истории. Продолжая рассмотрение различных сторон научной картины мира, мы обратимся к некоторым проблемам поставленным в работах В. И. Вернадского, лающим много нового для освещения диалектики природы логики развития природных явлений.
По существу, в этих работах были заложены основы нового научного мировоззрения. Здесь центр мысли связан с динамической картиной природного развития - от возникновения планеты, ее геологической, планетарно-космической эволюции, возникновения живого вещества, биосферы до появления человека с его социальной и интеллектуальной деятельностью, до перехода биосферы в ноосферу и изменения процессов планетарно-космического взаимодействия. Здесь выдвигаются и иные проблемы.
Одной из важнейших проблем, как уже говорилось, является проблема взаимодействия косного и живого вещества на всех пространственно-временных уровнях организации материального мира. Сегодня хорошо известно бесконечное множество материальных тел и явлений, связанных с косным веществом. Исследованиями охвачен материальный мир от масштабов Вселенной до уровня элементарных частиц, от полей тяготения, сильных физических полей до световых потоков и слабых физических полей. Но в современной физической картине мира, в необозримом величии космоса, Вселенной мало места отводится явлениям жизни, живому веществу, человеку. По-прежнему в научно построенной картине космоса в современном мировоззрении часто постулируется "бренность и случайность" жизни, живого вещества в космосе. На это с большой тревогой многократно указывал В. И. Вернадский. Он настойчиво подчеркивал место и значение жизни в космопланетарных естественно-природных процессах и все нарастающее противоречие между жизнью и научным творчеством, с одной стороны, и научно построенным космосом - с другой (Вернадский, 1975, с. 148).
Необходимо снова вдуматься в слова В. И. Вернадского: "...энтропия Клаузиуса не имеет реального существования; это не факт бытия, это математическое выражение... Оно верно только в пределах посылок. Отклонение такого основного явления, каким является живое вещество в его воздействии на биосферу, в биосфере от принципа Карно указывает, что жизнь не укладывается в посылки, в которых энтропия установлена.
Основным является обстоятельство, что жизнь в своих самых резких проявлениях непрерывно и теснейшим образом (подобно радиоактивности) связана с микроскопическим разрезом мира, где такие закономерности, как законности термодинамики, не имеют приложения. Именно в биосфере эта теснейшая связь - нам еще непонятная - жизни с явлениями, идущими вне гравитационного поля, должна особенно резко сказываться, так как связь жизни с биосферой нерасторжима в тех ее проявлениях, которые нами изучаются, и сказывается в огромных перемещениях земного вещества. Уже одна способность проявления в особом аспекте биохимических явлений указывает, что явления мира атомов - микроскопического разреза мира - может играть основную роль в формах выявления конечного результата жизни в биосфере...
Может ставиться и более глубокий вопрос о самой возможности в этом разрезе ее изучения - изучения живого, а не умершего - нашими методами работы" (Вернадский, 1954, I, с. 220).
"Введение" жизни в научную картину космоса он видел на путях достижений современной физики, явлений симметрии, диссимметрии, распределения радиоактивных элементов в живых и неживых природных телах, неравномерном распределении в их составе стабильных изотопов многих элементов. Если естественные тела и явления природы имеют разную пространственно-временную организацию, то как они сочетаются и как взаимно проникают друг в друга? Элементарно сложенное живое вещество, высоко организованные его формы, наконец человек, человеческая мысль, мысль как планетное явление, человеческая деятельность - все они на всех уровнях и одновременно взаимодействуют, находятся в сложных потоках взаимообмена со всеми формами и уровнями природных тел и явлений неживой (косной) природы (материи).
Исследование процессов взаимодействия живого и косного вещества на всех уровнях его организации: от атомно-полевых "срезов" до биосферно-планетарных, биосферно-ноосферных, планетарно-космических (глобальная экология) и т. д. - может открыть новые возможности более глубокого понимания фактов и усовершенствования методических подходов и методов измерения по всему фронту. На всех таких "срезах" исследований материального мира (там, где взаимодействуют космос и живое) могут выявиться разные по своей непосредственной материальной организации, но сходные по своей направленности гомологические естественные явления. Мы уже приводили научные факты, обосновывающие современную значимость и актуальность этого утверждения. Начальные признаки таких естественных явлений расчленения, освобождение неразрывной прежде зависимости живого гетеротрофного вещества от живого автотрофного вещества, формирование новой геологической силы - человечества, возникновение новых процессов взаимодействия человечества непосредственно (минуя пласты биосферы) с косной материей уже появились. Они будут нарастать на уровне прежде всего атомно-полевых стыков, именно там, где предполагаются первые признаки появления биосферы на Земле.
Это взаимодействие есть геологический, планетарно-космический процесс - гигантское естественно-историческое явление. В. И. Вернадский, опираясь на факты, рассмотрел основные свойства живого и косного вещества и возможные пути их взаимодействия. "Живое вещество придает биосфере совершенно необычайный и для нас пока единственный в мироздании облик. Помимо нашей воли, мы не могли не различить два типа вещества - косное и живое, влияющие друг на друга, но в некоторых основных чертах своей геологической истории разделенные непроходимой пропастью. Никогда не возникает никаких сомнений в принадлежности этих двух разных типов вещества биосферы к разным необъединенным категориям явлений.
Их основное различие, в чем бы оно ни заключалось, есть не только эмпирический факт, но и одно из важнейших эмпирических обобщений естествознания" (Вернадский, 1967, с. 237). В. И. Вернадский не исключал возможной справедливости принципа Реди в отношении земного живого вещества (живое только от живого). Современные научные данные (например, указанные выше многолетние исследования Ч. Викрамасингхе и Ф. Хойла) показывают, что в космическом пространстве, в гигантских облаках космической пыли характерно распространение органических полимеров, и, возможно, микроорганизмов. Допустимо участие этого рассеянного живого вещества в возникновении и распространении жизни на Земле.
Все эти проблемы лишь только поставлены, обозначены, утверждение же о единичности форм живого вещества в земных условиях (в эволюции планеты), т. е. о единственной форме организации живого вещества как белково-нуклеиновом, представляется сегодня бесспорным. Однако в интересрейшей, смелой по своим научным положениям работе "Об условиях появления жизни на Земле" (1931 г.) В. И. Вернадский высказывает новую точку зрения. Он пытается рассмотреть проблему о возникновении жизни, переведя ее в русло иного научного видения - в проблему о начале биосферы. Он подчеркивает: "Говоря о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности говорим только об образовании на ней биосферы" (Вернадский, 1980, с. 287), и далее: "...эволюционный процесс, какую бы его форму мы не взяли, всегда идет уже внутри биосферы, т. е. в живой природе. Логически заключить отсюда об изменениях форм организмов путем эволюции вне живой природы, как часто это делают, будет логической ошибкой, недопустимой экстраполяцией" (там же, с. 291). Он утверждает: "Вывод о необходимости одновременной, чрезвычайно разнообразной геохимической функции в биосфере представителей жизни является основным условием, определяющим характер ее появления. Каково бы это появление не было, оно должно быть представлено сложным телом - не совокупностью неделимых одного вида, а совокупностью многих видов, морфологически принадлежащих к разным, резко разделенным классам организмов или же гипотетической, особой, отличной от видов, неизвестной нам формой живого вещества.
Возможность полного осуществления всех геохимических функций организмов в биосфере одноклеточными организмами делает вероятным, что таково было первое проявление жизни" (там же, с. 240). "Таким образом, первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организма, в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни. Должны были сразу появиться биоценозы" (там же, с. 290). Опираясь на факты диссимметрии живого вещества и морфологической диссимметрии живых форм, на работы Л. Пастера, В. И. Вернадский пишет: "Ни в одной из других геосфер нет вещества, обладающего открытой Пастером диссимметрией" (там же, с. 284). В. И. Вернадский полагает, что появление биосферы было возможно только при определенных условиях, среди которых важнейшим было появление диссимметричных условий среды, диссимметрических явлений. Более всего вероятно, что такое диссимметричное воздействие имело планетарно-космическую природу.
Таким образом, В. И. Вернадский рассматривает раздельно проблему эволюции живого вещества, эволюции биосферы и проблему их появления на поверхности Земли, настаивая на изучении тех специфических условий на Земле, при которых их появление (не эволюция!) стали возможны. Проблема переводится в разряд глобальных биохимических, геологических явлений. В ряде других работ В. И. Вернадский неоднократно возвращается к этим проблемам. Такая постановка вопроса не делает невероятным предположение о существовании в прошлом (и в наше время) других форм материальной организации живого вещества на поверхности Земли и возможность предположения о столь же большом многообразии форм живого вещества, какое наблюдается в организации вещества косного. Такое предположение выдвигает новые научные вопросы, требует определенного расширения понимания фундаментальной роли и места живого вещества в структуре и эволюции Вселенной.
В настоящее время имеются новые фактические данные (в области биофизики) об информационной роли в живых организмах электромагнитных полей. Эти исследования на новой теоретической основе могут привести к неожиданным новым результатам, важным не только в теоретическом плане, но к в практическом отношении. Они, по-видимому, тесно связаны с развитием проблемы автотрофности человечества, над которой размышлял В. И. Вернадский.
Современные исследования геохимического состава и функций живого вещества должны быть расширены, необходимы поиски "эволюционных маркеров" (например, применяя рассеянные радиоактивные К40 и др.) и стабильных изотопов в структурах биокосного вещества былых биосфер, по всему земному шару, изучение появления и эволюции магнитного поля Земли и его изменения с учетом космических, солнечных и планетарных процессов и их ритмов во взаимосвязи с появлением живого вещества на планете. Необходимы моделирование магнитных полей в различные геологические периоды планеты, реконструкция поведения существовавших тогда живых форм, включая и человеческий организм. Сама проблема возможного взаимодействия живого и косного вещества в их многообразии только лишь поставлена В. И. Вернадским. Современные и будущие научные исследования, проводимые в новом аспекте планетарно-космических явлений природы, позволят, вероятно, подойти к изучению взаимодействий живого и косного вещества на всех уровнях и пространственно-временной организации в их одновременном сочетании. На современном этапе развития научной мысли изучение механизмов взаимодействия живого и косного вещества на Земле и в космосе - одно из наиболее перспективных и реальных комплексных научных направлений.
