Факторы эволюции и этапы развития биосферы.Эволюция биосферы на протяжении большей части ее истории осуществлялась под влиянием двух главных факторов:
1) естественных геологических и климатических изменений на планете;
2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.
На современном этапе в третичном периоде основным фактором, определяющим эволюцию биосферы, стало развивающееся человеческое общество.
Эволюция органического мира прошла несколько этапов. Первый этап – возникновение первичной биосферы с присущим ей биотическим круговоротом, второй – усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа эволюции, протекавшие в соответствии с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, получили название биогенеза.
Третий этап связан с возникновением человеческого общества. Разумеется, по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу. На данном этапе эволюция протекает под определяющим воздействием человеческого сознания и связанной с ним производственной (трудовой) деятельности людей, что соответствует периоду ноогенеза.
Представления о том, что живые существа взаимодействуют с внешней средой, изменяя ее, возникли давно. Этому способствовали наблюдения за природными явлениями. В начале XVII в. зачаточные представления о биосфере имели место в трудах голландских ученых Б. Варениуса и X. Гюйгенса.
Век спустя французский естествоиспытатель Ж. Кювье заметил, что живые организмы могут существовать только путем обмена веществ с внешней средой. Другие исследователи – французский химик Ж.Б. Дюма и немецкий химик Ю. Либих выяснили значение зеленых растений в газовом обмене земного шара и роль почвенных растворов в питании растений. Впоследствии многие ученые изучали взаимоотношения организмов со средой их обитания, что в итоге привело к современному пониманию биосферы.
В частности, Ж.Б. Ламарк в своей книге «Гидрогеология» посвятил целую главу влиянию живых организмов на преобразование земной поверхности. Он писал:
В природе существует особая сила, могущественная и непрерывно действующая, которая обладает способностью образовывать сочетания, умножать их, разнообразить их. Влияние живых организмов на вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его внешнюю кору, весьма значительно, потому что эти существа, бесконечно разнообразные и многочисленные, с непрерывно меняющимися поколениями, покрывают своими постепенно накапливающимися и все время отлагающимися остатками все участки поверхности земного шара.
Из этих высказываний следует правильная оценка огромной геологической роли организмов и продуктов их разложения.
Выдающийся натуралист и географ А. Гумбольдт в своем сочинении «Космос» дал синтез знаний того времени о Земле и космосе и на основании этого развил идею о взаимосвязи всех природных процессов и явлений.
Существование биосферы Земли как целостной природной системы выражается в первую очередь в круговороте энергии и веществ при участии всех живых организмов планеты. Идея биосферного круговорота была обоснована немецким физиологом Я. Молешоттом. А предложенное в 80-е гг. XIX в. подразделение организмов по способам питания на три группы (автотрофные, гетеротрофные и миксотрофные) немецким физиологом В. Пфеффером было крупным научным обобщением, способствующим пониманию основных процессов обмена веществ в биосфере.
Начало учения о биосфере связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б. Ламарка. Определение же биосферы впервые было введено австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Значительно более широкое представление о биосфере мы встречаем у В.И. Вернадского.
Биосфера и человек.На начальных этапах существования человеческого общества интенсивность воздействия на среду обитания не отличалась от воздействия других организмов. Получая от окружающей среды средства к существованию в таком количестве, которое полностью восстанавливалось за счет естественных процессов биотического круговорота, люди возвращали в биосферу то, что использовали другие организмы для своей жизнедеятельности. Универсальная способность микроорганизмов разрушать органическое вещество, а растений – превращать минеральные вещества в органические обеспечивала включение продуктов хозяйственной деятельности людей в биотический круговорот.
Первая созданная человеком культура – палеолит (каменный век) – продолжалась примерно 12–30 тыс. лет. Она совпала с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества в это время была охота на крупных животных: северного оленя, шерстистого носорога, лошадей, мамонта, тура. На стоянках дикого человека находят многочисленные кости диких животных – свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой рождаемостью, то крупные животные в силу особенностей их биологии были лишены этой возможности. Дополнительные трудности для них создали изменившиеся в конце палеолита климатические условия. 10–12 тыс. лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, распространились леса в Европе. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся чисто потребительским отношением к окружающей среде.
В следующую эпоху – эпоху неолита (новый каменный век) – наряду с охотой, рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений. На местах археологических раскопок поселений, существовавших 9–10 тыс. лет назад, обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных – коз, свиней, овец. Развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.
Рост населения, интенсивное развитие науки и техники в последние два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греч. anthropos – человек, koinos – общий, общность) – сообщества организмов, в которых человек является доминирующим видом, а его деятельность – определяющей состояние всей системы. В настоящее время человек извлекает из биосферы сырье в значительном и все возрастающем количестве, а современные промышленность и сельское хозяйство производят или применяют вещества, не только не используемые другими видами организмов, но нередко ядовитые и чуждые природе. В результате биотический круговорот становится незамкнутым. Вода, атмосфера, почвы загрязняются отходами производства, вырубаются леса, истребляются дикие животные, разрушаются природные биогеоценозы.
Нежелательные последствия неконтролируемой человеческой деятельности осознавали естествоиспытатели уже в конце XVIII – начале XIX в. (Ж.-Л.-Л. Бюффон, Ж.-Б. Ламарк).
По своим последствиям воздействия человеческого общества на среду обитания могут быть положительными и отрицательными. Последние особо привлекают к себе внимание. Основные пути воздействия людей на природу заключаются в расходовании естественных богатств в виде минерального сырья, почв, водных ресурсов; загрязнении среды, истреблении видов, разрушении биогеоценозов.
Положительное влияние человека выражается в выведении новых пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений, создании культурных биогеоценозов, а также в разработке новых штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, развитии прудового рыбного хозяйства, продукции полезных видов в новых условиях обитания.
Прогнозы будущего человечества с учетом экологических проблем, стоящих перед ним, представляют непосредственный интерес для всего населения планеты. По мнению экспертов, экологическая ситуация, складывающаяся на Земле, таит в себе опасность серьезных и, возможно, необратимых нарушений биосферы в том случае, если деятельность человечества не приобретет планомерный, согласующийся с законами существования и развития биосферы характер. Вместе с тем расчеты показывают, что человеческое общество не использует значительные резервы биосферы.
Одной из наиболее острых проблем современности является проблема быстрого роста населения Земли. Ежегодный прирост населения в абсолютном исчислении достигает 60–70 млн. человек, или примерно 2%. К 2000 г. численность населения достигла 6 млрд. человек. Площадь поверхности суши на планете равна 1,5•1014 м2, что достаточно для размещения 15–20 млрд. человек со средней плотностью 300–400 человек на 1 км2, имеющей место в настоящее время в Бельгии, Нидерландах, Японии.
Растущее население Земли должно быть обеспечено пищей. Известно, что производство продовольствия на душу населения растет медленнее, чем производство энергии, одежды, различных материалов. Многие миллионы людей в слаборазвитых странах испытывают; нехватку продуктов. Вместе с тем из всей территории суши, пригодной для земледелия, в среднем по земному шару сельскохозяйственными угодьями занято лишь 41%. При этом на используемой территории, по мнению разных экспертов, получают от 3 – 4 до 30% возможного при современном уровне развития агротехники количества продуктов. Причины этого отчасти заключаются в недостаточной энерговооруженности сельского хозяйства. Так, в Японии при выращивании урожая, в пять раз большего, чем в Индии (с 1 га сельскохозяйственных угодий), затрачивают в 20 раз больше электроэнергии и в 20 – 30 раз – удобрений и пестицидов.
Уже сейчас 30% металлоизделий изготовляют из вторичного сырья. При существующей технологии из месторождений нефти извлекается лишь 30–50% запасов. Выход полезных ископаемых, таким образом, может быть увеличен путем разработки прогрессивных способов добычи. Около 95% энергии в настоящее время получают за счет сжигания ископаемого топлива, 3–4% – за счет энергии речного стока и только 1 – 2% – за счет атомного горючего. Использование атомной энергии в мирных целях решает проблему энергетического кризиса.
Преобразующая деятельность людей неизбежна, так как с ней связано благосостояние населения. Современное человечество располагает исключительно мощными факторами воздействия на природу планеты. Следование принципу научно обоснованного рационального природопользования позволяет получить в целом позитивный итог.
Превращение биосферы в ноосферу. Понятие «ноосфера» было введено и науку французским философом Э. Леруа в 1927 г.
Ноосферой Леруа назвал оболочку Земли, включающую человеческое общество с его языком, индустрией, культурой и прочими атрибутами разумной деятельности.
Ноосфера, по мнению Э. Леруа, представляет собой «мыслящий пласт», который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных, вне биосферы и над ней.
Значительно более широкое представление о биосфере и ноосфере дал один из выдающихся ученых, основатель геохимии, биохимии, радиогеологии В.В. Вернадский. Он исходил из того, что естественно-научные гипотезы должны отражать объективную реальность материального мира – закономерности, связанные с физико-химическими, геологическими, биохимическими и другими процессами в едином комплексе.
В противоположность трактовке ноосферы, выдвинутой Э. Леруа, Вернадский представлял ноосферу не как нечто внешнее по отношению к биосфере, а как новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.
В. Вернадский сформулировал ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия и посмотрим, в какой мере эти условия выполнены или выполняются.
1.Заселение человеком всей планеты. Это условие выполнено. На Земле не осталось места, где бы не ступала нога человека. Он обосновался даже в Антарктиде.
2.Резкое преобразование средств связи и обмена между странами. Это условие также можно считать выполненным. С помощью радио и телевизора мы моментально узнаем о событиях в любой точке земного шара.
Средства коммуникации постоянно совершенствуются, ускоряются, появляются такие возможности, о которых недавно трудно было мечтать. И здесь нельзя не вспомнить пророческих слов Вернадского:
Этот процесс - полного заселения биосферы человеком - обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения на всей планете.
До недавнего времени средства телекоммуникации ограничивались телеграфом, телефоном, радио и телевидением. Имелась возможность передавать данные от одного компьютера к другому при помощи модема, подключенного к телефонной линии. В последние годы развитие глобальной телекоммуникационной компьютерной сети Интернет дало начало настоящей революции в человеческой цивилизации, которая входит в эру информационных технологий. Рост развитие сети, совершенствование вычислительной и коммуникационной техники идут сейчас в геометрической прогрессии подобно размножению и эволюции живых организмов. На это в свое время обратил внимание Вернадский:
Со скоростью, сравнимой со скоростью размножения, выражаемой геометрической прогрессией в ходе времени, создается этим путем в биосфере все растущее множество новых для нее косных природных тел и новых больших природных явлений, ход научной мысли, например, в создании машин, как давно замечено, совершенно аналогичен ходу размножения организмов.
Если раньше сетью Интернет пользовались только исследователи в области информатики, государственные служащие, то теперь практически любой желающий может получить доступ к ней. И здесь мы видим воплощение мечты Вернадского о благоприятной среде для развития научной работы, популяризации научного знания, об интернациональности науки.
Всякий научный факт, всякое научное наблюдение, – писал Вернадский, – где бы и кем бы они ни были сделаны, поступают в единый научный аппарат, в нем классифицируются и приводятся к единой форме, сразу становятся общим достоянием для критики, размышлений и научной работы.
Если раньше для того, чтобы вышла в свет научная работа, a научная мысль стала известной миру, требовались годы, то сейчас любой ученый, имеющий доступ к сети Интернет, может представить свой труд ученому миру.
Можно считать, что и это предсказание Вернадского сбылось.
3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли. Это условие можно считать если не выполненным, то выполняющимся. Возникшая после Второй мировой войны Организация Объединенных Наций (ООН) оказалась достаточно устойчивой и действенной.
4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере. Это условие также можно считать выполненным, хотя именно преобладание геологической роли человека в ряде случаев привело к тяжелым экологическим последствиям. Объем горных пород, извлекаемых из глубин Земли всеми шахтами и карьерами мира, сейчас почти в два раза превышает средний объем лав и пеплов, выносимых ежегодно всеми вулканами Земли.
5. Расширение границ биосферы и выход в космос. В работах последнего десятилетия жизни Вернадский не считал границы биосферы постоянными. Он подчеркивал расширение их в прошлом как итог выхода живого вещества на сушу, появления высокоствольной растительности, летающих насекомых, а позднее – летающих ящеров и птиц. В процессе перехода к ноосфере границы биосферы, согласно учению Вернадского, должны расширяться, а человек должен выйти в космос. Эти предсказания сбылись.
6.Открытие новых источников энергии. Условие в принципе выполнено, но иногда с трагическими последствиями. Речь идет об атомной энергии, которая давно освоена и в мирных, и, к сожалению, в военных целях. Человечество (а точнее, политики) пока явно не готово ограничиться мирными целями, более того, атомная (ядерная) сила вошла в наш век, прежде всего как военное средство и средство устрашения противостоящих ядерных держав. Вопрос об использовании атомной энергии глубоко волновал Вернадского еще более полувека назад. В предисловии к книге «Очерки и речи» он пророчески писал:
Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить ее на добро, а не на самоуничтожение?
Для развития международного сотрудничества в области мирного использования атомной энергии в 1957 г. создано Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), объединившее большую часть государств – членов ООН.
7. Равенство людей всех рас и религий. Это условие если не достигнуто, то, во всяком случае, достигается. Решительным шагом для установления равенства людей различных рас и вероисповеданий стало в прошлом веке разрушение колониальных империй.
8.Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики. Это условие соблюдается во многих странах с парламентской формой правления.
9.Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли. Сейчас трудно говорить о выполнении этого условия в разных странах. Для поддержания российской науки созданы международные фонды. В развитых и даже развивающихся странах, например в Индии, государственный и общественный строй создает режим максимального благоприятствования для свободной научной мысли.
10. Продуманная система народного образования, и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и ослабить болезни. О выполнении этого условия пока судить преждевременно. Однако Вернадский предупреждал, что процесс перехода биосферы в ноосферу не может происходить постепенно и однонаправленно, что на этом пути временные отступления неизбежны.
11.Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения. Это условие пока также не может считаться выполненным, однако первые шаги в направлении разумного преобразования природы во второй половине прошлого века, несомненно, начали осуществляться. Вся система научного знания дает фундамент для решения экологических задач.
12.Исключение войн из жизни общества. Это условие Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Но оно пока не выполнено. В целом мировое сообщество стремится не допустить мировой войны, хотя локальные войны непрерывно возникают.
Таким образом, мы видим, что большая часть условий перехода биосферы в ноосферу выполняется, а те, для которых такие условия еще не созрели, в принципе могут быть выполнены объединенными усилиями всего человечества. Однако ясно, что процесс перехода к ноосфере будет постепенным. Это неоднократно подчеркивал и сам Вернадский, утверждая, что человеческая цивилизация лишь вступает в переходный период от биосферы к ноосфере.
На современном этапе говорить о разумной планетарной деятельности человечества еще рано. Ноосфера – это определенный образ или идеал будущего планетарного развития. Идеи Вернадского намного опережали то время, в котором он творил. В полной мере это относится к учению о биосфере и ее переходе в ноосферу. Только сейчас, в условиях необычайного обострения глобальных проблем современности, становятся ясны пророческие слова Вернадского о необходимости мыслить и действовать в планетарном – биосферном – аспекте. Только сейчас рушатся иллюзии технократизма, покорения природы и выясняется сущностное единство биосферы и человечества. Судьба нашей планеты и судьба человечества – это единая судьба.
Устремленность в будущее – характерная черта ноосферного учения, которое в современных условиях необходимо развивать во всех направлениях.