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.