11.4. В. Г. Горшков. «Физические и биологические основы устойчивости жизни»

Для обоснования своего подхода к обсуждаемым проблемам автор собрал материалы исследований по многим наукам. Его библиография насчитывает более 3500 книг и статей по физике и биологии, математике и генетике, экономике и психологии, истории и астрофизике, и многим другим направлениям. Касаясь же вопросов физики, он опирается на работы достаточно известных отечественных и зарубежных ученых второй половины XX в. Раскрывая теорию самоорганизации, ссылается на идеи синергетики Г. Хакена, Дж. Николиса и И. Пригожина.

Цель работы, как утверждается в главе 1 книги, продемонстрировать существование природной биологической регуляции окружающей среды и доказать невозможность сохранения устойчивой, пригодной для жизни человека окружающей среды при существующих сейчас тенденциях преобразования современной биосферы.

Как осуществляется эта регуляция? Ею занята биота — совокупность всех организмов флоры и фауны, т. е. всех растений, животных, бактерий и грибов. Воздействие ее на окружающую среду сводится к синтезу органических веществ растениями из неорганических и разложению органических фауной на неорганические. Скорость синтеза определяет продукцию, а скорость разложения ее — деструкцию. Так как органические вещества, входящие в состав живых организмов, имеют относительно постоянное соотношение, то часто продукцию и деструкцию измеряют в единицах массы органического углерода, синтезируемого и разлагаемого в единицу времени.

Все неорганические вещества, участвующие в биотическом обмене называют биогенами. Это — все просто вещества таблицы Менделеева и их соединения. Концентрация биогенов в почве и водах океанов отличается, по глобальная концентрация их в биосфере благодаря естественным потокам при обмене в биоте и распространения в окружающей среде выравнивается и достигает для биоты оптимального значения в течение длительного времени. Постоянство этой концентрации как и продукции и деструкции, несмотря на временные неблагоприятные воздействия извне (вулканизм, метеориты и пр.) — основной показатель процесса природной регуляции и устойчивости условий жизни на Земле согласно принципа Ле Шателье в биосфере. Действие этого принципа показано на основе исследований ряда ученых годовых потоков и запасов углерода в биосфере, а также запасов его в осадочных породах.

До начала XIX в. биота эффективно компенсировала все воздействие человека на биосферу. Тем более, что общая антропогенная доля потребления ее продукции не превышала 1 %. Но с развитием промышленности и применением ископаемых видов топлива биота уже не могла успевать за ростом загрязпепий биосферы. К тому же силы ее были существенно подорваны сокращением лесов и расширением площади сельскохозяйственных угодий, т. к. доля антропогенного потребления из-за ускоренного роста населения возросла к концу XX в. на порядок выше. В результате действие принципа Ле Шателье в биосфере, начиная с XIX в., прекратилось. При сохранении или росте современного антропогенного возмущения устойчивость окружающей среды может быть разрушена. Но при сокращении этого возмущения на порядок величины биосфера может вернуться снова в прежнее устойчивое состояние. Каким образом?

Для ответа раскроем характер функционирования естественной биоты и достижения высокой точности контроля за изменением величин синтеза и разложения органических веществ в биосфере. Основной принцип, определяющий функционирование жизни на любых уровнях, это конкретное взаимодействие автономных, некоррелированных между собой особей.

С отклонением условий от естественных, т. е. с выходом популяции из ее экологической пиши, корреляционные связи особи с окружающей средой разрушаются и конкурентоспособности нормальных и распадных особей выравниваются. Относительное число распадных увеличивается, а нормальных уменьшается вплоть до того, что становится возможным вырождение и даже вымирание вида. С возвратом к условиям естественной экологической пиши максимальная конкурентоспособность нормальных особей восстанавливается, и они вытесняют распадных. Популяция вновь становится устойчивой.

Наиболее сложным видом скоррелированности среди живых объектов — обобщенных особей — является скоррелированность организмов различных видов в сообществах. Именно этот тип скоррелированности обеспечивает биотическую регуляцию и выполнение принципа Ле Шателье в биосфере по отношению к внешним возмущениям окружающей среды. Возникновение сообществ связало только с необходимостью управления био- той окружающей средой и поддержания замкнутости круговоротов веществ в отсутствии внешних возмущений.

Аналогично конкретным организмам каждое конкретное сообщество имеет конечные размеры и распадается с течением времени, уступая место новому конкурентоспособному сообществу.

Количественно степень замкнутости круговорота веществ в сообществе можно характеризовать величиной разомкнутости, равной разности потоков синтеза и разложения, деленной на поток синтеза. В естественных условиях после усреднения по сезонным колебаниям и среднегодовым флукгуациям эта величина поддерживается на уровне сотой доли процента. В подвергающихся непрерывному возмущению культурных агроцено- зах разомкнутость всегда выше десятков процентов. После прекращения возмущения разомкнутость быстро опускается до нескольких процентов в течение десятков лет. При этом происходит образование конкурентно взаимодействующих сообществ. Однако выход на фоновый уровень порядка сотых доли процента и образования естественных сообществ происходит за сотни лет — после многократных смен растительного покрова и появления естественного возрастного распределения растительности.

Представленный способ стабилизации биоты и окружающей среды обеспечивает также и эволюцию биологических видов и сообществ. Закрепиться в биосфере могут лишь виды, которые не приводят к уменьшению конкурентоспособности сообщества, Палсоданныс показывают; что эволюционный процесс чрезвычайно медленный. Заметное изменение видового состава биосферы, т. е. переход биоты и окружающей се среды из одного устойчивого состояния в другое, происходит на протяжении миллионов лет.

В условиях научно-технического прогресса, обогнавшего скорость эволюции, да еще при расслабленной биоте, человечество попало в условия кажущегося изобилия природных ресурсов. При этом все научные открытия и технические усовершенствования оцениваются с позиции того, насколько эффективными они являются в дальнейшем преобразовании природы, т. е. в усилении возмущения естественной биоты и окружающей среды.

Сохранение биосферы возможно с отказом использования невозобновн- мых ресурсов Природы, что приведет к сокращению энергопотребления в 10 раз. Во столько же раз должно произойти и сокращение численности населения путем сокращения рождаемости. Это, в свою очередь, сократит антропогенные возмущения континентальной биоты, что позволит последней восстановить действие принципа Ле Шателье. Весь процесс сокращения должен быть растянут во времени на столько, чтобы технологический процесс при сохранении свободной конкуренции успел перестроиться на ресурсосберегающие технологии. Это вполне реально может произойти за время до сотни лет, в течение которых в силу постепенного сокращения антропогенного возмущения биосфера пе успеет необратимо разрушиться. Сокращение рождаемости является нормальной естественной реакцией любых видов биосферы на случайные популяционпые взрывы. Человечество уже в какой-то мере подготовлено к всеобщему переходу на однодетнос рождение. Наиболее продуктивными сообществами континентов являются леса и болота, особенно в тропиках. Примерно через 200-300 лет переходит в первоначальное нсвозмущенное состояние. Поэтому последовательные вырубки леса следует проводить также через этот период, а не через 50 лет, как сейчас. И это с одновременным сокращением используемых лесных массивов.

Альтернативный путь развития цивилизации до сих пор многие видят в ликвидации конкуренции между людьми и странами и переходе к глобально скоррелировапной цивилизации на основе ее централизованного управления, т.

О ноосфере, наиболее соответствующей биоте, будем рассматривать в части П книги.

Глава 2 книга посвящается распределению солнечной энергии по отдельным потокам и упорядоченным процессам в неживой природе, т. е. в физических системах. Весь материал рассматривается с точки зрения традиционных представлений, установившихся в физике. Поэтому обратим внимание лишь на изложение двух вопросов. Первый о физической самоорганизации — синергетике, которая заключается в фазовых переходах из одного устойчивого состояния системы в другое под влиянием изменения характеристик внешних потоков энергии. Эти процессы описываются простыми нелинейными уравнениями. Вводится понятие об аттракторах. Это — средние значения измеримых характеристик обычных устойчивых систем, например, затухающих и незатухающих колебаний. Г. Николис, И. Пригожин, а также Г. Хакен пытаются примепить синергетику и при изучении живых систем, введя в свою теорию биологические термины: конкуренция, отбор и др. [140, 154], но не учитывая весьма существенные отличия живых систем от физических и химических. Второй вопрос о понятиях «корреляционной длины» и «информация», введенных также Г. Николисом и И. Пришжиным [140, 117]. Корреляционная длина — это размер объекта с внутренней скоррелировапной структурой, длина которого может быть неограниченной (у физических систем) или конечной (у живых систем), Существенным элементом понятия информации является память и ячейка для нее, В качестве такой ячейки принята молекула, поглощающая энергию солнечного фотона и переходящая при этом в высоковозбужденное состояние, приобретая таким образом 1 бит информации, а передавая эту энергию другим молекулам, теряет эту информацию. Разумеется, суммарный поток солнечной энергии, принимаемый Землей, поддерживает упорядоченные процессы в окружающей среде и биоте, являясь физической основой существования жизни. При этом полный поток информации, перерабатываемый на поверхности Земли, оценивается в 10 бит/с.

Биота утилизирует около 5 % солнечной энергии, поглощаемой Землей, расходуя на фотосинтез 0,1 %. Соответствующие потоки информации составляют 1036и около 1035 бит/с и направляются на поддержание устойчивости окружающей среды. При этом биота способна компенсировать искажающий среду поток информации до 1033 бит/с. Тогда как энергопотребление человечества достигло до 1034 бит/с, т. е. на порядок большую величину. Следовательно, это превышение поддерживает цивилизацию за счет разрушения биоты и окружающей среды.

Наследственная информация одного вида организмов определяется полимерной молекулой ДНК, имеющей объем памяти в 109 бит. Наследственная информация всех видов биосферы содержит I О16 ячеек памяти. А вся биосфера оценивается памятью в 1048 бит. Возникает вопрос: можно ли приблизиться к «технологии» естественной биоты? — Можно, если компьютеры довести до бактериальных размеров, а вычислительные программы сделать эквивалентными геномам нескольких миллионов видов, т. е. нужно воссоздать полностью естественную биоту. Отпадает и вопрос о возможности управлення биотой. Где выход? — Его подсказывает И. Пригожин: к биологическим системам необходимо со стороны человека лишь содействие [81]. Об обосновании «закона содействия самоорганизации» будем говорить подробно в части II нашей книги.

В Клаве 3 рассматривается устойчивость организации жизни. Любой организм живет за счет потребляемой внешней энергии, которая подвергается внутри организма реакции направленного биохимического распада. Реакция эта регулируется катализаторами, синтезируемыми организмом по па- следственной программе, закодированной в генах ДНК. Все эти процессы протекают по законам физики и химии. Как и у всех физических распадных систем, жизнь особи характеризуется временем распада (или временем жизни). А среднее время распада генотипа измеряется временем появления распадных мутаций в последовательности потомков особи, включающих несколько поколений. В то же время организм реагирует на внешние воздействия, восстанавливая повреждения, что также запрограммировано в генотипе и характеризует физическую устойчивость организма. Однако все его свойства стойкости подвергаются также распаду. Следовательно, жизнь организма есть сложным образом управляемый процесс распада.

Другое дело с популяцией, ще конкурентное взаимодействие и стабилизирующий биологический отбор обеспечивают ее устойчивое состояние, несмотря на непрерывный распад особей в процессе из жизнедеятельности. Устойчивость популяции есть новое явление, не имеющее аналогов в физических и химических системах. Поэтому этот вид устойчивости называют биологической устойчивостью. Все одиночные внутренне с коррелированные особи, социальные структуры и сообщества не обладают такой устойчивостью и распадаются с течением времени. Стабилизирующему биологическому отбору подвергаются особи и их гены.

О различиях в физической и биологической устойчивостях. Физическая устойчивость динамического равновесия системы определяется подведенным к системе внешним потоком энергии, в котором распад упорядоченности компенсируется ее генерацией, т. е. отношение числа распадов упорядоченных внутренне с коррелированных структур, образующих систему, к числу генераций этих структур равно единице. Для биологических систем это отношение приближается к величине порядка 1025. И если устойчивость физических систем на протяжении времени наблюдения эквивалентна существованию глубокой потенциальной ямы, то для биологических систем устойчивость оказывается как бы на пике, с которой они непрерывно скатываются вниз и погибают. Живые системы отличаются также своим разнообразием — от «низкоорганизованных» одноклеточных до «высокоорганизованных» многоклеточных организмов и социальных структур, активным отношением со средой — каждая особь способна к адаптации к ней и к стабилизации ее. Эти способности контролируются соответствующими генетическими программами организма.

Существенное отличие живых систем еще и в том, что неограниченное долгое сохранение и рост уровня организации их в результате биологического отбора происходит благодаря квантовой молекулярной природе процессов внутри клетки. Спонтанный распад молекул из-за старения и износа происходит квантовыми скачками. Вероятность распада молекулы в единицу времени является физической постоянной, не зависящей от времени и предыстории молекулы. Постоянство константы распада во времени представляет собой твердо установленный эмпирический факт. Износ и старение элементов одноклеточных организмов происходит быстрее, чем износ и старение ДНК. Этот процесс не требует образования популяции и включения конкурентного взаимодействия. В отсутствие деления клетка быстро старест в результате распада своих элементов и погибает.

Распад же самих ДНК предотвращается в условиях конкурентного взаимодействия в популяции клеток.

В многочисленных организмах зародышевая (половая) клетка с ДНК окружена «эскортом» обслуживающих соматических клеток. Рост и деление последпих с предотвращением распада их элементов происходит в течение всей жизни организма.

ДНК представляет собой информационную полимерную молекулу, состоящую из двух комплементарных друг другу спиралей (генетический текст свойств организма). Мономерами являются четыре нуклеотидные пары (буквы текста, четырехбуквенный алфавит). ДНК высших организмов очень велика и состоит из отдельных хромосом (томов). Полный текст всех свойств организма называют его геномом. Репликация ДНК осуществляется путем раскручивания двойной спирали и достраивания на каждой из родительских одиночных последовательностей пуклеотидных пар комплементарных дочерних последовательностей, в результате чего возникают две тождественные копии ДНК. Но в процессах функционирования и копирования ДНК возможны ошибки (мутации). Ошибки заключаются в случайной замене, потере или появлении новых пуклеотидных пар (букв) и пр. Вероятность возпикновения ошибок уменьшается за счет каталитической репарационной системы исправления при репликации ДНК, закодированной в самой макромолекуле ДНК. При синтезе белковых ферментов информация макромолекулы переписывается на одноцепочечные полимерные молекулы РНК, а затем переводится на белки, служащие катализаторами биохимических реакций. Для некоторых реакций катализаторами служат и сами РНК. Среди мутаций могут быть прогрессивные (увеличивающие конкурентоспособность), нейтральные и распадные.

Максимальная конкурентоспособность нормальных генотипов в естественных условиях экологической ниши есть условие, обеспечивающее устойчивость вида, сообщества и окружающей среды. При отклонении естественных условий разрешающая способность конкурентного взаимодействия уменьшается, распадность вида увеличивается. Среди распадных особей могут существовать уродства, благоприятные для использования их человеком. Такие виды послужили материалом для искусственного отбора и привели к образованию всех культурных сортов растений и пород животных. После возврата к естественным условиям максимальная конкурентоспособность нормальных генотипов восстанавливается, и нормальные особи вытесняют всех распадных особей из популяции.

Наибольшим видовым разнообразием отличаются тропические леса па суше и коралловые рифы на море. Эти сообщества и составляющие их виды могут существовать "только при очень стабильных внешних условиях в отсутствие резких внешних возмущений. Стабильность этих условий поддерживается самими сообществами за счет быстрой компенсации всех флуктуации внешних условий в соответствии с принципом Ле Шаге лье. Однако антропогенные возмущения приводят эти сообщества к разрушению, что, в свою очередь, дестабилизирует окружающую среду всей биосферы. Сообщества же умеренных и полярных зон существуют в сильно флуктуирующих внешних условиях. Современная биота не способна подавить эти флуктуации. Поэтому сообщества этих зон имеют низкое видообразование, большие численности популяций и, соответственно, высокую устойчивость всех видов. Но их роль в общей стабилизации условий окружающей среды существенно ниже.

Большое внимание в этой главе уделяется вопросам усиления генетической устойчивости вида и увеличению скорости релаксации распадных мутаций к нормальным генотипам и нормальному геному после внешних возмущений условий естественной экологической ниши, что в совокупности увеличивает конкурентоспособность и устойчивость сообщества и окружающей его среды. Достигается эта релаксация или путем обратных мутаций, или путем генетической рекомбинации при половом размножении. В связи с чем рассматриваются особенности размножения двуполого вида (половой диморфизм), а также однополого (гермафродитизм) и бесполого, вегетативного (партеногенез или почкование). Отмечается, что при двуполом размножении процессы конкурентного взаимодействия и стабилизирующего отбора переносятся на половые отношения, т. е. на половой отбор, ведомый самцом или самкой с целью исключения распадного партнера из процесса размножения. Анализируются свойства диплоидного, полиплоидного генома, в том числе гетерозиготного, связанного с непарными половыми хромосомами. На основе этих свойств раскрываются принципы организации общественных насекомых (пчел, муравьев, термитов), наличие у них альтруистических взаимоотношений. Такие же взаимоотношения в дополнение к конкурентному встречаются и у особей среди близких и дальних родственников одного вида или особей разных видов представляют различные типы скоррелированности особей в социальных труппах одного вида или в сообществах разных видов. Эти типы скоррелированности записаны в нормальных геномах.

Изменение биологического разнообразия — заключительная тема этой главы. Здесь утверждается, что существование эволюции есть эмпирический факт, что этот процесс отмечен в форме микроэволюций. В то же время отмечается, что биологический отбор обеспечивает стабилизацию случайно достигнутого уровня упорядоченности и не может влиять на скорость эволюции. Скорость эволюции определяется характеристиками биологических молекул, которые не зависят от происходящих изменений среды. Она может лишь случайно варьировать у видов с различным уровнем организации... Поэтому никакой внешней движущей силы эволюции, по-видимому, не существует. (Это один из множества подобных противоречивых заключений Горшкова из-за опоры на различные мнения ученых разных школ и стран. —В. Л/.).

Об отношении концепции биологической устойчивости окружающей среды к биологической парадигме, господствующей среды к биологической парадигме, господствующей в последние сто лет и в пастоящее время носящей название синтетической теории эволюции или неодарвинизма. Кажется это отношение противоречиво. Нет, наоборот, встречается соответствие и даже критика с уточнением многих принципов. Так, согласно парадигмы, биологические виды способны адаптироваться практически к любым изменениям внешних условий. Но скорость изменения окружающей среды за счет абиотических факторов значительно меньше биологической скорости адаптации. (Возможно, это соотношение нарушилось для некоторых видов лишь в индустриальную эру). Поэтому любые условия окружающей среды являются оптимальными для адаптированной к этим условиям биоты. Далее «основой господствующей парадигмы являются наблюдаемый генетический полиморфизм — генетическая нетождественность всех особей в любой популяции — и мутабельность — возникновение новых, ранее не существовавших у родителей генетических вариантов. Считается, что наряду с вредными мутациями, уменьшающими приспособленность организмов, возникают также полезные, увеличивающие приспособленность практически к любым наперед заданным условиям... То есть весь наблюдаемый полиморфизм является, в основном, адаптивным... Согласно традиционным воззрениям это, несмотря на очевидную абсурдность, должно рассматриваться как адаптация к возмущенным условиям» [44, с. 191].

В традиционной концепции биологический вид не может содержать генетическую информацию о поддержании устойчивости оптимальных внешних условий. Понятие вида генетически не определено. Стационарного состояния генофонда не существует. По мере изменения условий оно непрерывно смещается с первоначального значения в соответствии с адаптацией к новым условиям. Эти свойства действительно выполняются. Но они, в то же время, противоречат наблюдаемой дискретности современных видов, устойчивости их ископаемых морфологических характеристик. Традиционная концепция противоречит также наблюдаемой устойчивости окружающей среды, которая остается пригодной для жизни в течение нескольких миллиардов лет.

Для принятия концепции биологической устойчивости оптимальной для жизни окружающей среды, необходимо отказаться от концепции случайной генетической локальной адаптации, составляющей основу неодарвинизма. Эволюционная теория происхождения видов на основе естественного отбора сохраняется практически в том же виде, в котором она была предложена Дарвиным. Однако приоритет эволюции существенно снижается по сравнению с приоритетом стабилизации. (Для этого требуются дополнительные обоснования. —В. М.).

Устойчивость организации биосферы —- тема Главы 4. Уже в начале изложения ее найдем два интересных выражения: 1, «... жизнь может существовать только при ограниченности используемых ею потоков внешней энергии, т. е. в условиях отсутствия энергетического изобилия» [там же, с. 194]; 2. «Отсутствие материального изобилия в окружающей среде как необходимое условие устойчивости жизни сводится к ограничениям на внешний поток питательных веществ в биосферу и на запасы этих веществ в биосфере» [с. 198]. Это, по-нашему, необходимое условие процессов самоорганизации жизни на земле, ибо при изобилии потока энергии и материальном изобилии эти процессы затухали бы и не возникали. Но слово «самоорганизация» Горшков не применяет здесь.

Но вернемся к тексту. Этим фактором ограниченности объясняются процессы конкуренции живых особей, экспансии ими свободных территорий с захватом всех пригодных для жизни потоков внешней энергии, источников питательных веществ с вытеснением неконкурентных особей как своего, так и других видов. Объясняется, что экспансия есть наиболее общее свойство жизни, наблюдаемое у всех видов, включая освоение новых территорий вплоть до выхода в космос у человека. Одновременно этот фактор в пределе служит ограничением на экспансию и эволюцию видов. Наконец, этим фактором обосновывается замкнутость круговоротов веществ в биосфере, биогеохимические круговороты, биотическая регуляция этих круговоротов и биотическая устойчивость.

Высокая степень замкнутости круговоротов веществ и поддержания биотой оптимального для жизни состояния окружающей среды приводит к необходимости существования пространственно ограниченных скоррели- рованных сообществ различных видов, способных к синтезу и разложению органических веществ. В пространственной области функционирования сообщества концентрации биологически накапливаемых веществ отличаются от их концентраций за его пределами. Поэтому сообщества совместно с измененными ими областями окружающей среды образуют локальные экосистемы конечных размеров.

В сообществе сохраняются только те виды, в которых записана не только программа адаптации к окружающей среде, но и программа стабилизации окружающей среды в оптимальном для жизни состоянии. Обе программы записаны в нормальных геномах всех видов сообщества. Но в сообщество могут войти инородные виды, лишенные программы стабилизации, а у аборигенных видов может случиться распад такой программы. Имея свободу к личной адаптации такие виды, размножаясь, увеличивают свою численность до максимального значения, определяемого пределом пищевых ресурсов, вытесняя таким образом остальные виды сообщества и разрушая последнее. Поэтому программа стабилизации должна накладывать определенные ограничения на программу адаптации для сохранения конкурентоспособности сообщества.

Сообщества включают в себя локальные с коррелированные системы, как-то: хищник — жертва, паразит — хозяин, различные виды симбиоза и др.; представляющие внутренне скоррелированное сообщество как в организме, где между его элементами (органами) нет конкурентного взаимодействия. Но эти системы обеспечивают также замкнутость круговорота веществ, увеличивают эффективность функционирования и конкурентоспособность сообщества.

б различных условиях окружающей среды (шельф, пелагсль в океане, горы и плоскогорья на суше) существуют различные наборы локальных сообществ (леса, степи, рифы, биоценозы открытого океана), которые в совокупности образуют биосферу Земли. Биосфера, таким образом, является централизованно не управляемой совокупностью не с коррелированных между собой локальных систем, что проверено экспериментами. В ходе исследований биотической регуляции круговоротов веществ, в том числе биогсохимичсских, установлено, что биологические процессы в естественных сообществах могут лимитироваться только пепакапливае- мыми биогенами, что концентрация всех биотически накапливаемых биогенов должны поддерживаться аборигенной биотой вблизи оптимального для нее уровня и не могут лимитировать функционирование биоты, что основой для биотической регуляции окружающей среды является возможность реакции биоты на внешнее возмущение окружающей среды. Сохранение программы стабилизации (и, следовательно, пригодных для жизни условий окружающей среды) поддерживается конкурентным взаимодействием сообществ, образующих гиперпопуляцию (экосистему). Сообщества с распавшейся программой стабилизации (распадные сообщества) ухудшают условия окружающей среды, теряют конкурентоспособность и вытесняются нормальными сообществами, которые поддерживают оптимальные локальные условия окружающей среды. Основная работа по деструкции (разложению) всех органическихвеществ (до 99 %), а значит и работа по стабилизации окружающей среды выполняется микроскопическими организмами сообществ.

О биотческой регуляции в океане. Особенность океанской биоты в том, что фотосинтез веществ фитопланктоном и водорослями происходит под действием солнечного света лишь в первых 25 м. глубины, что разложение органических веществ не требует света и производится на любых глубинах, что в силу ветровой перемешивасмости фотичссного слоя все вещества оказываются биотически накапливаемыми и образование сообщества с постоянным составом особей становится невозможным. Поддержание же генетической устойчивости жизни в океане основывается на том, что значительная часть отмершего органического вещества, синтезированного в фотическом слое, поглощается гетеротрофами — зоопланктоном и нектоном (самостоятельно передвигающимися организмами) — в глубинах океана, что преобразовавшись, таким образом, в неорганическую форму, это вещество обратным потоком из шубин океана поступает в фотеческую зону. Таким путем совершается круговорот биогенов в океанских водах. При этом происходит потребление углекислого газа из атмосферы. Однако после испытания ядерного оружия концентрация радиоуглерода в атмосфере удвоилась. Разность концентраций радиоуглерода в составе углекислого газа между атмосферой и поверхностным слоем океана и соответственно поток радиоуглерода в океан увеличилась почти на порядок по сравнению с доипдустриальными значениями. И это в дополнение к тому, что рост концентрации углекислого газа в атмосфере и водах океана шел непрерывно с начала индустриальной поры вследствие сведения лесов и сжигания угля, нефти и газа. В результате чего скорость естественного разложения органического вещества в глубинах океана замедлилась и мертвая органика начала скапливаться па его дне.

О ложности гипотезы Гея, представляющей жизнь на Земле якобы в виде глобально с коррелированною организма. Анализ эмпирических данных, приведенных в книге, показывает, что основой жизни на Земле являются внутренне ^коррелированные локальные сообщества, способные управлять локальной окружающей средой. Эти сообщества, аналогично всем живым организмам, имеют конечные размеры, занимают локальную область пространства и могут рассматриваться как суперогрганизмы. Скоррелированность организмов различных видов в сообществе аналогична скоррелированности («альтруистическому взаимодействию») органов в организме. В этом смысле можно говорить о существовании физиологии сообщества. Предотвращение распада и поддержание устойчивости сверхорганизации локальной экосистемы, занимаемой сообществом, т. с. всех скоррслированно взаимодействующих особей различных видов и окружающей их среды может обеспечиваться только конкурентным взаимодействием не скоррелированных между собой однородных сообществ в составе ихгиперпопуляций (экосистемы). Глобальная же экосистема не образует суперорганизма и не имеет физиологии. И скоррелированность видов не может захватывать всю биосферу. Поэтому не может быть «физиологии биосферы».

В Главе 5 раскрываются законы энергетики биоты. На основании того, что все процессы синтеза и разложения органических веществ протекают с поглощением или выделением энергии, что энергосодержание любого организма можно измерить теплотворной способностью органического углерода в нем, вводится понятие метаболизма и метаболической мощности. Первое означает скорость потребления пищи и скорость потребления углерода организмом в год, второе — скорость потребления энергии организмом. Эмпирически установлено, что максимальная мощность, развиваемая организмом на единицу своей массы, определяется пределом скоростей биохимических реакций в клетке, который является универсальным для всех живых организмов, что средняя мощность существования на ту же единицу для большинства организмов биоты примерно постоянна. Установлен также нижний предел метаболической мощности, приходящейся на единицу веса и объема для различных таксономических групп: первой — бактерии, грибы и растения, второй — инфузории и беспозвоночные, третьей — экзотермные позвоночные и головоногие моллюски, четвертой — эндотермные животные, пятой — птицы. При этом метаболическая мощность существования, приходящаяся на единицу площади проекции организма на поверхность Земли для всех этих групп, кроме первой, превосходит максимальную продуктивность растений. Поэтому все эти организмы должны вести передвигающийся образ жизни и питаться за счет разрушения биомассы растений. Только организмы первой группы могут быть неподвижными.

Метаболическая мощность фотосинтезирующих растений обеспечивается поглощением солнечной энергии. Масса растений всегда увеличивается. Прирост массы — это чистая первичная продукция, потребляемая гетеротрофами. Несмотря па гигантский размер по высоте эффективная толщина метаболически активного слоя растительности не превышает 1 мм. Растения неподвижны и образуют сплошной покров, В то время как все одноклеточные организмы и все передвигающиеся животные построены на жесткой корреляции отдельных частей организма и централизованном управлении всем организмом, неподвижные многоклеточные растения и грибы не имеют централизованного управления и состоят из практически независимых, слабо скоррелированных частей, которые могут конкурентно взаимодействовать за свет и биогены. Гибель одной части растения при поедании животным не приводит к гибели всего растения, а стимулирует развитие других его частей.

Питание животных, как одиночных, так и в составе стада накапливаемой биомассой приводит к неизбежному колебанию биомассы в любом локальном участке сообщества, связанному с очень быстрым ее выеданием и последующим очень медленным восстановлением. Поэтому должна соблюдаться некоторая средняя квота потребления растительной продукции на одном месте и животные должны передвигаться на другое место, т. е. должен действовать закон необходимости передвижения животных по кормовой территории с охраной последней от других таких же потребителей. Эти требования, как и оптимальная величина плотности численности, записаны в нормальном геноме животных также, как и правила взаимодействия с остальными законами сообщества. В случае превышения той величины возникает экспансия животных на новые территории. Повсеместное распространение передвигающихся животных означает, что сообщества, включающие этих животных, более устойчивы. Передвигающиеся растительноядные являются жертвами хищников. Хотя кормовая территория последних в 10 раз больше территории жертв и в 10 раз меньше численности жертв (при одинаковом с жертвами метаболизме), но они потребляют практически всю продукцию своих жертв (роль хищников состоит в ликвидации распадных особей) и не могут увеличить свою численность при постоянной численности жертв.

В заключение главы приводятся закономерные распределенные скорости разложения органических веществ по размерам разлагающих организмов, распределение растительноядных видов мировой биоты по размерам тел организмов. А также дается обоснованный отрицательный ответ на вопрос «существует ли внеземная жизнь во вселенной».

Последняя Глава 6 посвящается экологии человека. Начинается она с истории о том, как человек в своем развитии выделился среди передвигающихся животных, сохранив в себе многие особенности поведения своих предшественников.

Передвигающиеся животные должны обеспечить возможность локо- моций — передвижения всего организма как целого. Это требует жесткой скоррелированности всех частей организма, наличия измерительных органов (зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания) и центральной нервной системы. В силу передвижения животное каждый раз оказывается в новых конкретных условиях окружающей среды, с которыми не встречались его родители. И информация об окружающем накапливается значительно больше информации генома любого организма. Животное встречается с неизбежностью выбора между различными тактическими альтернативными возможностями. Выручает его генетически закрепленная система положительных и отрицательных эмоций. Положительные эмоции (желания) стимулируют действия в «правильном» направлении, обеспечивающие устойчивое сохранение вида. Отрицательные же предотвращают действия в направлении разрушения этой устойчивости. Опыт выбора, накапливаемый в ходе самообучения, закрепляется во внсгенетичесной памяти, которая сохраняется на протяжении жизни особи. К этому виду памяти относятся также условные рефлексы и импритинг. В этом и сознание — свойство всех передвигающихся животных.

Запоминание информации происходит в молекулярных ячейках памяти, располагающихся в нейронах мозга. Длительность сохранения ее совпадает с временем жизни нейрона и самого животного. При этом продолжительность времени жизни человека в 4 раза больше продолжительности жизни животного равной массы. И мозг человека содержит в 50 раз больше нейронов, чем то животное.

Передвигающиеся животные, объединяясь в стада, организуют иерархическую структуру линейной формы. Особь первого ранга (иерарх) доминирует над всеми, особь второго ранга доминирует над всеми, кроме первой и т. д. С возрастанием помера убывают преимущества особи в питании и размножении. Такая структура требует затрат энергии на конкуренцию только в начальный период образования стада. В дальнейшем конкурентное взаимодействие происходит только между двумя ближайшими соседями в иерархической структуре. На всех членах стада лежит психологическая нагрузка каждодневной (как правило, бесконфликтной) демонстрации уровня своей конкурентоспособности всем членам стада. Основная положительная эмоция, обеспечивающая наибольшую эффективность конкурентного взаимодействия стадных животных, связана со стремлением повысить свой ранг (рейтинг, престиж) в иерархической лестнице. Нижняя часть структуры не требует ранжирования. Рейтинг особей в этой части одинаков, все они неконкурентоспособны и распадны, являются продуктом питания хищников. Особи верхушки, наоборот, наиболее близки к нормальным, и их геном должен передаваться последующим поколениям. Здесь в результате — ускоренная эволюция с естественным отбором и видообразованием новых животных. Объединение в стада такого рода происходит там, ще это допускается экологической нишей. Где ниша не допускает; возможны кратковременные, сезонные объединения в стада с образованием иерархической структуры по некоторым важным критериям (отдельные виды птиц, рыб, моржей и пр.).

Всем двуполым видам животных присущи положительные эмоции сексуальности. Но самки в стадных объединениях предпочитают к тому же спариваться с носителями лучших генов — элитными самцами, иерархами в стаде, что наиболее выгодно для эволюции вида. У всех теплокровных — млекопитающих и птиц — возникает еще одна положительная эмоция, связанная с заботой и воспитанием потомства — родительская любовь, в виде одной материнской или даже одной отцовской, как у некоторых птиц (дополнил — В. А?). Отсюда станет понятным случай у некоторых животных образования самками гарема вокруг иерарха с целью выращивания своего потомства с помощью этого элитного самца, конечные, если природные условия вокруг позволяют формирование такого гарема. А если у стада таких условий нет, да и самец-иерарх не может оказать помощь, то самки вынуждены обратиться за помощью к самцам из нижней части иерархической лестницы, оказывая избраннику для этого дела сексуальное поощрение. Для чего самка к самцу-помощнику должна проявлять чувство некоторой любви, а у помощника рождается в этом случае чувство любви к самке и ее детям, отцом которых является иерарх. Со временем здесь рождается настоящая моногамная семья, основанная на генетически закрепленной мужской любви и доброте, т. е. стремлении мужчин к заботе о матерях и их детях. Скоррелированность супругов станет поддерживаться также генетически закрепленной возможностью непрерывной половой жизни — явления уникального в животном мире. (О причине возникновения такой семьи и пробуждении истинных отцовских чувств будет сказано во второй части книги — В, М.).

Далее отмечается, что крупные стадные животные, в опгличие от территориальных, допуская увеличение доли потребления, вынуждены переходить в кочевой режим, теряя при этом чувство охраны кормовой территории и контроля своей численности. Все это приводило к видовой неустойчивости и большой вероятности вымирания крупных стадных животных и возникновения нового вида с закреплением новых эволюционных признаков, что может интерпретироваться как тенденция к быстрой эволюции крупных животных. В этой стезе оказались и предки человека, в геноме которых произошла кардинальная прогрессивная перестройка, что поставило будущего человека в исключительное положение во всем животном мире.

Возникновение культуры и цивилизации, передающейся и накапливающейся из поколения в поколепие в процессе обучения и не содержащейся в генетической программе, является уникальным свойством, присущим человеку. Культурное наследие основано на генетически закрепленном поведении. Только человек научился использовать естественнонаучное, техническое и культурное наследие в направлении увеличения своей конкурентоспособности и изменения условий окружающей среды. Произошло дальнейшее увеличение мозга как емкости для сохранения культурной информации и возникновение языка как средства передачи информации. Человек начал использовать и совершенствовать орудия труда. Как только скорость прогресса (накопления культурной информации) превысила скорость эволюции (накопления генетической ипформации), вид перестал изменяться генетически (?)12. С возникновением речи появилась возможность возникновения общества — новой внутренне скоррели- рованной социальной структуры, основанной на культурной специализации с неизбежными элементами альтруистического взаимодействия неродственных особей. Теперь вся культурная информация могла быть размещена не в одном мозгу, а в нескольких, принадлежащих различным членам общества. Дальнейший прогресс цивилизации стал происходить на базе конкурентного взаимодействия и отбора новых гиперособей: обществ с оптимальной культурой.

Возникновение культурной специализации привело к возможности прекращения роста и даже сокращения объема мозга одного человека — наиболее уязвимой части человеческого организма (?). Эта же причина требовала создания незакрепленных в геномах юридических и моральных норм сшр- релированного взаимодействия членов общества. Эти нормы неизбежно меняются с развитием культуры и требуют создания государственных органов централизованного управления обществом (?).

Об изменениях экологической ниши человека. Когда-то его предки занимали нишу собирателя — вида с широким рационом потребления растительной и животной пищи, в котором последняя составляла лишь десятую часть. Кормовая территория собирателя равнялась примерно 550 га/чел. Население Земли не превышало двух миллионов человек. Открытие огня около миллиона лет назад позволило человеку занять нишу охотника и заселить значительные территории с умеренным климатом. Необходимость перехода к кочевому образу жизни и передвижения в сутки до 40 км и более с большим расходом энергии и постоянным перегревом привела человека к лишению волосяного покрова. Охота и охрана огромной кормовой территории способствовали развитию умственных способностей. Для сигнала с соседями росла и сипа голоса, чем объясняется впоследствии громкость пения и громкость музыкальных инструментов. Якобы птумовое загрязнение в городах имеет ту же причину.

Открытие земледелия дало возможность человеку увеличить долю потребления растительных продуктов питания. Необходимая площадь потребления при этом сократилась. Это означало переход больших кочевых людей к оседлому образу жизни. Генетически закрепленная стратегия конкурентного взаимодействия и воспроизводства людей осталась прежней, соответствующей образованию больших общественных групп в масштабе хуторов, деревень, затем городов и государства. Возник обмен продуктами труда между городом и деревней. Поддержание скоррелироваяности государства обеспечивалось конкурентным взаимодействием различных государств. Земледелие, а затем и скотоводство дали возможность освоить значительное количество новых территорий в умеренном поясе и увеличить численность населения Земли в 20 раз но сравнению с эпохой собирателей.

Процесс освоения продолжался. Со времени открытия земледелия и скотоводства до начала индустриализации население Земли медленно росло и за десять тысяч лет увеличилось в 10 раз. С индустриализацией началось использование энергии ископаемого топлива для транспорта с целью передвижения людей и обработки сельскохозяйственных угодий. Это позволило увеличить долю потребления продукции с пашни до максимально возможного уровня и ввести в культивационный цикл значительное количество новых земель, не пригодных для обработки ручным способом, что привело к еще более быстрому росту численности населения. За последние 140 лет оно увеличилось в 5 раз и составляет сейчас 5х109 человек. Характер этого роста превратился в гиперболический (а не экспоненциальный). С перенаселением планеты начался экологический кризис, усиленный расширенным освоением земли, ростом энергопотребления, основанного на невозобновимых запасах ископаемого топлива, развития механического передвижения по водным и воздушным трассам и созданием современной сети железных и шоссейных дорого. Процесс этот в книге наглядно демонстрируется подробными графиками, расчетами. Доказывается, что для восстановления устойчивости окружающей среды и биоты необходимо увеличение площади не возмущенных человеком территорий на суше с ликвидацией всех дорог с использованием механической тяги, запретом передвижения моторного транспорта по рекам и озерам. Показывается также нерациональность существующего способа производства продуктов питания и самого способа питания и обосновывается необходимость перехода к новому способу питания в новой экологической нише.

Согласно распространенному мнению процессы ухудшения среды и разрушения биоты рассматриваются как не связанные. Поэтому, мол, требуется спасать по отдельности и среду, и биоту. В книге утверждается, что эта задача является невыполнимой, что достаточно ослабить давление па биоту, и она сама восстановит приемлемую для человека среду. Для обоснования такой постановки задачи сравниваются запасы информации и информационные потоки в биоте и цивилизации. При этом оказывается, что запас гспетичсской информации биосферы и запас культурной информации цивилизации примерно совпадают по порядкам величины. Однако по потокам информации жизнь в биосфере на много порядков превышает каждый из этих запасов. Это — первое. Второе то, что скорость прогресса цивилизации более, чем на семь порядков выше скорости эволюции, что объясняет «конкурентоспособность» человека в отношении возможности разрушения биосферы по сравнению со всеми остальными видами. Третье, показывается, что ни на каких компьютерах никогда не удастся смоделировать работу живого человеческого организма, не говоря уже о биоте. Четвертое, что энергопотребление человечества используется с весьма низкой эффективностью по сравнению с био- той и во вред биоте. Пятое, что программа воздействия человека на окружающую среду сводится к преобразованию естественных условий в искусственные, что контролирующее взаимодействие на естественную окружающую среду при этом продолжает уменьшаться, а разрушитель- нос — возрастает. Шестое, что цивилизация эффективно мертва в сравнении с биотой, и только естественная биота Земли, включая живые тела людей, может претендовать на то, что называется жизнью па пашей планете. Седьмое, что человечество должно научиться с уважением относиться к естественной биоте, которая на двадцать порядков совершеннее созданной людьми цивилизации.

Заключение и выводы 1.

Человечество столкнулось с противоречащими друг другу явлениями — неизбежностью быстрого развития цивилизации и невозможностью устойчивого развития биосферы с той же скоростью. Все началось с момента, коща непрерывный рост населения превысил тот порог плотности, что был в эпоху собирателей и традиционных рыболовов. Дальнейший рост привел к массовым кровопролитным войнам. В течение тысячелетий различные страны вели конкурентную борьбу за обладание территориальными и материальными ресурсами. На смену войн вооруженных армий пришли не менее жестокие экономические войны, которые ведутся по-прежнему за обладание биосферными ресурсами. Разграбление биосферы стало традицией, но этот процесс может быть остановлен только после того, как люди осознают, что биосфера не является ресурсом, который можно осваивать, использовать и уничтожать. 2.

Современные экологические трудности и проблемы человечества связаны с тем, что естественнонаучное исследование экологических ограничений развития слишком запоздало. Слишком долго человечество находилось в эйфории неограниченных возможностей освоения ресурсов Земли и космоса, убежденности в принципиальной нестационарности развития цивилизации. Важнейшей проблемой настоящего времени является вопрос о том, как понизить степень возмущения биосферы до порогового значения. Основная работа, выполняемая человеком, должна быть направлена не на экстенсивное развитие цивилизации, а на сохранение естественной биоты в певоз- мущенном состояіши до порога. 3.

Людей Земли волнует вопрос о смысле жизни. Очевидно, этот вопрос для каждого человека включает выполнение необходимой работы по производству и генетической стабилизации человека как биологического вида. За последние тысячелетия стало очевидно, что он включает также и необходимые действия по стабилизации культуры и цивилизации. Наконец, в последние десятилетия становится ясно, что смысл жизни должен заключаться в работе по стабилизации биосферы и что смысл жизни человека не может отличаться от смысла жизни остальных живых существ естественной биоты. 4.

В биоте невозможно расслоение особей любой популяции на «богатых» и «бедных». В естественных условиях экологической ниши лишь распадпые особи лишаются права на воспроизводство. Нормальные же особи имеют равную конкурентоспособность, способны выполнять равную работу по стабилизации окружающей среды и получать от нее равное количество необходимых для жизни благ. Не лишаются

таких благ и распадиые. Так что, естественные условия истинной «демократии» нормальных особей. 5.

Потребление цивилизации не должно превышать 1 % чистой первичной продукции глобальной биоты. Современное потребление цивилизации на порядок выше. Сбалансированное сокращение потребления цивилизации может быть достигнуто только за счет сокращения численности населения планеты на порядок ниже, но на первом этапе хотя бы на половину этого, т. е. снизив до 1 млрд, что было примерно в начале XVIII в. Первый этап может продлиться менее столетия при переходе в среднем к однодстному рождению. Соответственное уменьшение освоенной части суши с 60 % до примерно 40 % при полном отказе от эксплуатации лесов и сохранении современной скорости сжигания ископаемого топлива. 6.

В случае полного разрушения человеком скоррелированности современной биоты устойчивая, пригодная для существования жизни окружающая среда и ее биотический контроль, по-видимому, восстановится через несколько тысяч лет. Однако в течение этого периода регенерации окружающая среда и биота могут находится в состоянии, непригодном для существования всех передвигающихся животных, человека и, возможно, всей многоклеточной жизни. Вновь регенерировавшая устойчивая биота может также не содержать экологических ниш, пригодных для существования многоклеточных организмов. Подобная катастрофа ничем пе отличается от полного исчезновения жизни вообще.

Поэтому сохранение природных сообществ и существующих видов живых организмов в объеме, способном обеспечивать выполнение принципа Ле Шателье по отношению к глобальным возмущениям окружающей среды, представляет собой главное условие продолжения жизни человечества.

Современная цивилизация не обеспечивает ни нормальных условий жизни человека, ни устойчивого существования жизни на Земле.