Глава вторая. Биосфера и человек

Одной из кардинальных проблем современной науки и мировоззрения является проблема происхождения земной жизни, ее связи с Космосом, что предполагает обсуждение масштабов распространения живого вещества во Вселенной, в том числе и разумной его формы в виде космических цивилизаций. В связи с этим соответствующим образом сформулированный антропный принцип, свидетельствующий о космической распространенности живого вещества, позволяет рассматривать земную биосферу как локальное сгущение бесконечного космического потока живого вещества, а человечество — как разумную часть живого вещества нашей Вселенной (Метагалактики). Аналогично теории Большого взрыва в современной релятивистской космологии, вполне удовлетворительно объясняющей потоки вещества и энергии и образование крупномасштабной Вселенной, в отечественной науке недавно выдвинута физиком Л. Л. Морозовым концепция Большого биологического взрыва, согласно которой предполагается существование крупномасштабной структуры живого вещества во Вселенной. Во всяком случае для этой концепции имеются вполне серьезные эмпирические и теоретические основания: достаточно напомнить, что зафиксированные в газопылевых облаках нашей Галактики и других галактиках органические соединения образуют своеобразное «облако жизни». По крайней мере, можно с большой степенью достоверности говорить о распространении в космическом пространстве не только зачатков предбиологической организации, но и живого вещества как такового. Нет ничего удивительного, что советские математики А. Н. Колмогоров и А. А. Ляпунов в 60-е годы нашего столетия выдвинули гипотезы о функциональной организации космологического живого вещества, а американский физик Ф. Дайсон сформулировал концепцию космических условий существования жизни. В свою очередь, американский биолог и космолог К. Саган, анализируя проблему космологических основ возникновения жизни, постулирует существование общей космической закономерности — во Вселенной в течение определенного времени (порядка нескольких миллиардов лет) появление жизни осуществляется как определенное явление космологической эволюции. Частный случай этой закономерности — возникновение жизни на нашей планете, вращающейся вокруг одной из типичных, рядовых звезд Млечного Пути. Следовательно, феномен земной жизни (а нам известно, к сожалению, только она) представляет собой проявление общей космологической эволюции, а земные биологии заняты лишь отдельной темой в многообразии, по выражению К. Сагана, «музыкой жизни». Условия же появления жизни на Земле определили ее развитие в качестве целого, т. е. в виде биосферы, единого монолита живого вещества, организованность которого определяется преобразованием космической энергии и связанными с этим космопланетарными биогеохимическими функциями. Это значит, что эволюция биосферы зависит от совокупности чисто земных и космических явлений.

Так как в ходе эволюции биосферы появился человек, _t то он как часть биосферы и должен рассматриваться в определенном смысле в качестве космопланетарного феномена, т. е. он как всякое живое природное тело, неразрывно связанное с биосферой, испытывает влияние процессов, происходящих в ближнем и дальнем космосе. В связи с этим заслуживают внимания ряд гипотез о происхождении разумного человека: так называемые жесткие излучения, появившиеся в результате взрыва Сверхновой звезды, могли вызвать мутации в клетках мозга некоторых животных или рост самого мозга, что, в свою очередь, вызвало формирование разумных мутантов; человек разумный — мутант, возникший вследствие изменения напряженности земного магнитного поля; появление современного человека есть результат действия естественного отбора среди гоминид в условиях экстремального теплового стресса и пр. И наконец, при рассмотрении проблемы человека существенным является то, что под влиянием человеческой мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние — ноосферу. В этом плане необходимо учитывать положение В.И. Вернадского о встроенности человека, его социально-исторического бытия в космопланетарную организованность жизни в целом. Именно в этом проявляется уникальность феномена человека — в единстве функционирования в его жизнедеятельности законов природы и общества. Вот почему в этой главе дается картина эволюции биосферы от ее возникновения до образования такого особого социально-природного образования, носящего космопланетарный характер, как ноосфера, и в связи с этим развитие человека от биологического существа к биосоциальному в результате его социальной деятельности.

§ 1. Космопланетарный характер биосферы.

В науке установлено, что жизнь представляет собой непрерывный обмен веществ, который конкретно выражается во взаимодействии синтеза и распада органических веществ. Отсюда следует предположение, что жизнь на ранних этапах своего развития была связана не с отдельными организмами, а с становлением земной биосферы. В соответствии с учением В. И. Вернадского происхождение жизни представляет собой фактически происхождение биосферы Земли — сложной саморегулирующейся системы, выполняющей различные геохимические функции (18; 21). Прежде всего, для понимания специфики земной биосферы, ее космопланетарного характера изложим ее характеристики, строение и пространственную структуру, приведенные в работах В.И. Вернадского «Биосфера», «Философские мысли натуралиста» и других, не забывая о том, что у него живое вещество есть совокупность организмов.

Законы природы в нашей Вселенной везде одинаковы, о чем свидетельствует спектроскопический анализ химического состава других планет, звезд и галактик, гравитационное движение различных систем и прочее. Можно сказать, что фундаментальные законы физики и химии повсюду одинаковы. Следовательно, вопрос о начале жизни связан в определенном аспекте с физико-химическим детерминизмом, с химической самоорганизацией материи: живые организмы возникли в результате появления особых физико-химических условий и законов из молекул с определенными свойствами. И везде, где имеются соответствующие условия в космосе, может возникать жизнь, о чем говорит разработанная в настоящее время теория самоорганизации систем. Иными словами, появление жизни подчиняется известным нам законам природы, однако ее функционирование зависит от окружающей среды. Вполне естественно, что своеобразным, единственным в своем роде таким окружением является лик Земли — поверхность нашей планеты с ее биосферой.

По В.И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу, а именно: 1. живое вещество как совокупность живых организмов; 2. биогенное вещество — непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно; 3. косное вещество (атмосферы, газы, горные породы и пр.); 4. биокосное вещество, например, почвы, илы, поверхностные воды, сама биосферы, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры; 5. радиоактивное вещество; 6. рассеянные атомы; 7. вещество космического происхождения. Для строения биосферы характерна и геометрическая неоднородность, эта сфера жизни охватывает поверхностные регионы нашей планеты: нижние слои стратосферы, тропосфера, верхняя часть литосферы из осадочных пород и гидросфера. Такого рода разнородность строения биосферы, непрерывная на протяжении всей истории Земли, резко отличает ее от остальных оболочек планеты (21, Гл. 1).

С самого начала своего возникновения земная биосфера представляла собой область земной коры, в которой энергия космических излучений трансформировалась в такие виды земной энергии, как электрическая, химическая, механическая, тепловая и т. д. В.И. Вернадский пишет: «Благодаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты, и ее значение в планетном механизме совершенно исключительное. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли» (18, 227). Поэтому древние интуиции великих религиозных учений о земных тварях как детях Солнца гораздо ближе к истине, чем представления тех, кто усматривает в них только эфемерные творения слепых земных сил, прихотливую игру случайностей. В связи с этим рассмотрим идею нашего соотечественника о космопланетарном характере биосферы на основе данных современной науки о возникновении и химической эволюции биосферы Земли.

Современные данные космохимии дают основания для предположения о том, что ДНК образовалась в космических условиях, однако осуществление ее функций стало возможным лишь на нашей планете, где на основе развития живого вещества начала формироваться ранняя биосфера. Ведь в период своего образования Земля получила достаточное количество сложных органических соединений, образовавшихся в протосолнечнои туманности (130). Благодаря наличию этих органических соединений начали протекать процессы полимеризации аминокислот, сложных углеводородов и других соединений; в результате появились саморегулирующиеся физико-химические системы, характерные для живого вещества. Таким образом, этап «химической эволюции», очевидно, был довольно-таки малым, его начало следует искать в космических условиях, которые имелись перед непосредственным образованием Земли. Не менее существенным является и необратимый характер возникновения живого вещества и биосферы, обусловленной радиоактивностью. Ведь радиоактивность как в условиях протосолнечнои туманности, кануна формирования Солнечной системы благодаря процессам ядерного синтеза, так и возникшая за счет контакта твердой и жидкой фаз ранней Земли, стимулировала химические реакции, которые ответственны за образование живого вещества. Следует отметить, что роль радиоактивности в происхождении и развитии жизни на Земле еще до конца не выяснена. Во всяком случае, исследования в области радиобиологии показывают, что природный радиационный фон (ПРФ) является необходимым постоянно действующим фактором существования биосферы, подобно давлению, атмосфере, температуре, геомагнитному полю, гравитации. Сам ПРФ слагается из трех компонент: природные радионуклиды (уран, торий), продукты их радиоактивного распада, испускаемые ими при радиоактивном распаде альфа-, бета- и гамма-излучения, находятся во всех породах земной коры, в почве, в водах рек, морей и океанов, в приземной атмосфере; живые организмы, поглощая радионуклиды, тем самым облучают себя изнутри; из космического пространства на нашу Землю обрушивается постоянный поток высокоэнергетических излучений, который порождает в атмосфере долгоживущие радионуклиды углерода, натрия и др., участвующие в процессах живого вещества. Оказывается, что без ПРФ невозможно нормальное существование живых организмов, что на заре своего развития радиоактивность служила дополнительным источником энергии (27, Гл. VII; 72). В целом можно сказать, что радиоактивность (космическая и земная) вносят вклад в представления о биосфере как о земном и космическом механизме, определяющем судьбы нашей планеты вместе с появившимся на ней человечеством.

Не менее интересны и данные вулканологии (науки о вулканах), относящиеся к образованию биосферы Земли,— вулканология и биология соприкасаются при решении следующих трех проблем: проблема формирования биосферы, проблема возникновения и первоначальной эволюции преджизни и проблема «вулканы и живые организмы». Эти три проблемы, находящиеся на стыке вулканологии и биологии, породили новое научное направление — биовулканология. Рассмотрим подход ко всем этим проблемам в биовулканологии, прекрасно изложенный советским ученым Е. К. Маркининым в его книге «Вулканы и жизнь» (87). Действительно, именно вулканизм, носящий космический характер (например, сейчас имеются солидные сведения о вулканизме Луны, Марса и Меркурия), является тем фактором, который сформировал земную кору, атмосферу и гидросферу, т. е. те оболочки Земли, которые входят в биосферу и представляют собой среду для функционирования живого вещества. Вычисления показывают, что за время деятельности вулканов на Земле (порядка 4,5 млрд. лет) из земных недр вынесено от 13,5 • 10¹⁸ до 27 • 10¹⁸ тонн вулканических продуктов, что весьма близко к массе земной коры всех континентов — 18 • 10¹⁸ тонн. К тому же дно океанов сложено из базальта (вулканическая порода), а горы на дне океанов представляют собой древние или современные вулканы; следовательно, земная кора образовалась из вулканических пород. Вместе с раскаленным, каменным, силикатным материалом вулканы извергают также магматический газ, содержащий все компоненты атмосферы и гидросферы нашей планеты. Таким образом, за счет вулканической деятельности смогли сформироваться на Земле не только ее кора, но и атмосфера с гидросферой. Исследование вулканических процессов дало возможность обнаружить также образование в них сложных органических соединений, в том числе аминокислот и азотсодержащей части нуклеотидов — важнейших компонентов живого вещества.

Данные многих научных дисциплин показывают, что уже на начальных этапах своего существования живое вещество становится геологической силой, оказывающей воздействие на атмосферу, где появляется свободный кислород в результате фотосинтеза, гидросферу, в которой происходит перестройка ее солевого состава, на поверхностный слой литосферы, особенно после того, как жизнь стала распространяться на суше. Возникшее в первичном океане живое вещество значительно позже дифференцировалось на отдельные индивидуумы, последние выступают предками всех существующих в последующие эпохи типов организмов. В дальнейшем стал набирать силу процесс усложнения живого вещества земной биосферы, из-за роста и размножения новых организмов все пространство, пригодное для жизни, заполнилось, что обусловило общий характер биосферы в целом. Именно специфические условия Земли, являющиеся следствием общепланетарных законов, привели к появлению биосферы и ее дальнейшей эволюции, в результате которой все ее составляющие оказались в удивительно тонком равновесии друг с другом. В конечном счете живое вещество биосферы настолько трансформировало нашу планету, что одни ученые (венгр Г. Маркс и др.) рассматривают ее чуть ли не как разумное творение, другие (англичанин Дж. Лавлок и пр.) — в качестве единой живой системы (65).

Наша планета занимает место на одном из уровней иерархической Вселенной, находясь между кварками и системой сверхгалактик, и является одной из ее частиц, участвует в ее эволюции, занимает свое положение в движении Солнечной системы. Факты свидетельствуют, что природа «изобрела» систему уникального строения «Солнце — Земля — Луна», в которой эволюционным путем возникла жизнь и вся биосфера. В энерго-информационном плане космическая система «Солнце — биосфера Земли — Луна» является уникальным прототипом технической системы автоматического регулирования по разомкнутому циклу. В отличие от такого рода технической системы программного регулирования, программа регулирования биосферы задается детерминистическими и статистическими законами природы, действующими в ней циклически. Значимость этого уникального факта для естествознания не меньше, чем принятие гелиоцентрического учения в свое время. Исследование «программы» автоматического регулирования биосферы может служить основой для решения круга вопросов о происхождения жизни на Земле и прогнозирования циклических процессов на нашей планете с целью сохранения жизни (137). Действительно, экологи часто используют компьютерное моделирование для изучения весьма длительных и медленно протекающих процессов в земной природе; результаты этого моделирования показывают, что Земля как самая сложная экологическая система имеет мало шансов на гибель, что наиболее многообразные экосистемы являются и наиболее устойчивыми. За свою длинную геологическую историю наша планета испытала такие вулканические извержения, метеоритные бомбардировки, последствия вспышки Сверхновой звезды, что глобальная ядерная война выглядит мелочью. Иное дело, что человек и множество других биологических видов может исчезнуть подобно тому, как из существовавших до сих пор биологических видов 99 % полностью вымерли. Биосфера Земли всегда восстанавливает утраченное равновесие, однако это не означает сохранения какой-то определенной формы жизни — достаточно вспомнить судьбу динозавров.

Автоматическое регулирование биосферы, обусловленное единством порядка и хаоса, объясняет и происхождение жизни, ибо сосуществование хаоса и регулярного, циклического движения играет роль в образовании биологических структур. Ведь хаотическое поведение является типичным свойством многих систем (природных и технических), оно зафиксировано в периодически повторяющихся стимуляциях клеток сердца, в химических реакциях, при возникновении турбулентности в жидкостях и газах, в электронных цепях и других нелинейных динамических системах; оно проявляется в диссипативных структурах, как их назвал И. Пригожий. Диссипативные структуры обладают следующими признаками — они открытые, необратимые и нелинейные, без них невозможна самоорганизация системы. В процессе возникновения земной жизни основную роль сыграли самоорганизующиеся системы, результат их специфического отбора на пути длительной эволюции и есть жизнь (4). Природа «изобрела» не только принцип программного регулирования по разомкнутому циклу, но и принцип автоматического управления в замкнутом цикле с обратной связью в живых системах. Таким образом, кибернетический подход также выявляет космопланетарный характер земной биосферы.

Существенную роль в космических и планетарных механизмах биосферы играют электромагнитные поля, что связано с таким фундаментальным свойством живого вещества, как устойчивое неравновесие, соответствующее законам Вернадского—Бауэра. Они формулируются следующим образом: 1. геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению; 2. при эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию (7; 20). Состояние устойчивой неравновесности характеризует сущность живого вещества. Нет ничего удивительного в том, что термодинамика неравновесных процессов позволяет понять способность живых систем «противостоять» росту энтропии, питаясь, по выражению знаменитого физика Э. Шредингера, «отрицательной энтропией». Устойчивое неравновесие служит основой для проявления принципа биологического усиления слабых воздействий, имеющего первостепенное значение для выяснения информационного взаимодействия электромагнитных полей с биосферой, особенно с биосистемами. Биосфера погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Электромагнитный спектр биосферы изменяется в широких пределах — от вековых, сезонных и суточных изменений электрических и магнитных полей до гамма-излучений. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн, а именно: многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов; электромагнитные поля имеют информационное значение в коммуникации биосистем; электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы (151).

Представляет значительный интерес проблема «реальности» так называемого векторного потенциала (ВП), позволяющего описывать единым образом четыре фундаментальных взаимодействия природы (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое). ВП имеет значение и для биологии, так он дает возможность в принципе выяснить фундаментальные механизмы биологического действия электромагнитных полей, а также предполагаемых путей непосредственного влияния космофизических электромагнитных полей на биосферу. Исследования говорят о существовании естественного «моря ВП», причем наибольший вклад в величину ВП вносит магнитное поле Галактики, затем идет вклад поля Солнца и магнитное поле Земли (151, Т. 1). Растет число исследований, подтверждающих концепцию «реальности» ВП, следовательно, достаточно велики шансы его биологической значимости, что позволит дополнительно объяснить явление космофизических влияний на биосферу.

Очевидно, космофизическое электромагнитное поле имеет отношение к существующей в биосфере молекулярной асимметрии — биосфера практически использует неравновесие правых и левых форм в виде только левоспиральных молекул аминокислот и только правоспиральных молекул Сахаров, в ней нет зеркальных изомеров молекул аминокислот и Сахаров. Проблема молекулярной асимметрии или диссиметрии в биосфере связана с решением фундаментальных проблем современной физики, начиная с атмосферной оптики и кончая космофизикой и теорией слабых взаимодействий (все важные вещества организмов состоят из диссиметричных, или, как принято говорить, хиральных молекул, могущих существовать в двух зеркально-симметричных формах) (67). И хотя ряд вопросов уже прояснен, однако проблема происхождения диссиметрии биосферы далеко не решена, что открывает широкое поле для разнообразных гипотез и дальнейших исследований.

Универсальный регуляторный механизм, присущий всем живым организмам, состоит в управлении биологическими функциями биополимеров при помощи воздействия на их конформацию — пространственную укладку макромолекулярной цепи. Изменение геометрии всей макромолекулы (изменение ее конформации) ведет к изменению ее функции, регуляторным механизмом в этом случае могут быть весьма слабые асимметричные электромагнитные поля. «Если асимметричные (хиральные) поля космофизического происхождения действительно способны оказывать влияние на уровень метаболизма живых существ по универсальной схеме «конформация — функция», то асимметрия (хиральность) биологических структур может предоставлять организмам не только кинетические преимущества в сравнении с организмами, построенными на рацемической, симметричной основе, но и преимущества, обусловленные возникновением особого универсального канала с внешней средой — канала, которого была бы лишена симметричная жизнь. Такой канал может выполнять важнейшую общебиологическую роль — с его помощью возможна синхронизация процессов, происходящих в разных независимых частях биосферы, с ритмическими процессами, протекающими в ближайшем космическом окружении Земли и способными порой оказывать существенное влияние на условия обитания организмов» (151, Т. 2, 188 — 189).

Вполне вероятно, что космофизическое поле, вызвавшее молекулярную асимметрию в биосфере и регулирующее ее функционирование, неразрывно связано с электромагнитными явлениями, ибо электромагнитные процессы ответственны за биохимические и биофизические процессы. Это поле обладает несколько необычными свойствами, как следует из многочисленных, хотя и далеко не всегда строгих наблюдений, а именно: во-первых, биологически воздействующее космофизическое поле слабо экранируется; во-вторых, его распространение иногда заметно опережает обычные возмущения межпланетной среды; в-третьих, оно вызывает неоднозначную реакцию живых организмов; в-четвертых, его можно только косвенно зарегистрировать известными физическими методами. Это космофизическое поле связано с деятельностью Солнца; из экспериментов следует, что плазма солнечного вектора концентрируется в тороидальных сгустках («плазменные коаксилы») с замкнутыми магнитными полями, которые несут с собой также хиральный вектор-потенциал. Последний движется со скоростью солнечного ветра (примерно 400 км/сек), несколько опережая его (примерно на 12 часов). Такого рода эффект зафиксирован был при регистрации ионизирующей компоненты космических лучей с помощью спинтилляционного супертелескопа ИЗМИРАН, причем были замечены статистически значимые флуктуации с периодами 5—6, 12—15, 17—20, 40—60, 155—190 и 400—430 мин. Близкие к ним периоды зафиксированы также в радиальных пульсациях солнечной поверхности, долгопериодических колебаниях Земли, внутренних волнах верхней атмосферы, микропульсациях геомагнитного поля, периодических биологических процессах (151, Т. 2, 188—189). Можно сказать, что в основе хиральной асимметрии живого вещества земной биосферы лежат глобальные, космофизические факторы электромагнитного, ионизирующего и другого рода явлений.

Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу, проникают всю ее и все в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое обусловливает существенные черты функционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу. В.И. Вернадский пишет об этом следующее: «Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений; она составляет планетный механизм, превращающий их в новые разнообразные формы земной свободной энергии, которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты» (18, 232). И если ультрафиолетовые и инфракрасные лучи Солнца косвенно влияют на химические процессы биосферы, то химическая энергия в ее действенной форме получается из энергии солнечных лучей при помощи живого вещества — совокупности живых организмов, выступающих в качестве преобразователей энергии. Это значит, что земная жизнь отнюдь не является чем-то случайным, она входит в космопланетарный механизм биосферы.

В ходе эволюции биосферы в ней обычно выделяются следующие моменты: в кембрийском периоде появление у ряда групп животных скелета; выход растений на сушу в девонском периоде создал вместе с тем предпосылки для выхода на сушу животных; в четвертичный период появляется человек. Последнее событие весьма знаменательно — оно положило начало резкому ускорению эволюции биосферы и превращению ее в ноосферу. Появление человека не случайно, оно — неизбежный результат закономерного, длящегося миллиарды лет природного процесса — возникновения и эволюции биосферы, ее неотъемлемая часть.