Рис. 2.3. Схема взаимосвязей между главными компонентами экосферы

Пояснения в тексте

Человек ведет себя так, как будто почти не испытывает ограничений и сопротивления со стороны природы.

Теперь развернем компоненты системы следующим образом (рис. 2.3). «Природа» представлена современной биосферой и подразделена на биоту биосферы - совокупность всех живых организмов биосферы и на их среду, включая среду человека. Выделение среды в отдельный блок, как бы равноправный с другими элементами, в данном случае сделано лишь для удобства формального рассмотрения. В действительности все элементы системы находятся в одной общей среде. Подсистема «человек» выделена как техносфера и подразделена на собственно человека, людей, человечество и на человеческое хозяйство - экономику, производство, технику.

Техника, в ее широком понимании, - это совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Она опосредует взаимодействия человека и природы. В ходе технического освоения природы человек использует все более изощренные технологии - совокупность методов, применяемых при изготовлении продукции. Подобно тому, как биота биосферы представляет собой совокупность биоценозов, так и современное человеческое хозяйство можно представить как совокупность техноценозов - созданных человеком технизированных комплексов. Современное общество преобразует природу посредством техники в масштабах, которые обусловили формирование техносферы.

Может показаться, что категория экономики в этом блоке избыточна, поскольку в нем представлены производство и техника. В том смысле, что природе как бы «нет дела» до нематериальной части экономики - денег, цен, кредитов, ренты, прибыли и т.п. Непосредственное воздействие на природу оказывают именно материальные техногенные потоки. Но чтобы понять причины, источники, механизмы техногенного давления на природу, необходимо рассматривать все человеческое хозяйство в контексте взаимодействия экономики человека и экономики природы.

Контур техносферы имеет положительный знак, поскольку взаимозависимость между людьми и их хозяйством, техникой положительна: человечество растет и наращивает производство ресурсов для своего дальнейшего роста, т.е. прямая и обратная связи положительны. На протяжении всей новой истории и особенно в XX в. эта система находилась и продолжает находиться в состоянии экспоненциального роста, который лишь частично сдерживается дефицитом ресурсов и лимитирующими факторами среды. Контур биосферы имеет отрицательный знак, так как взаимодействия между организмами и средой в природе в целом превосходно уравновешены: биота биосферы обладает средообразующей функцией и точно контролирует свойства собственной среды (связь +), а условия среды (в основном ограниченность количества вещества, которое может быть использовано биотой) лимитируют увеличение массы биоты (связь -).

Взаимоотношения между человеческим хозяйством, техникой и биотой биосферы образуют контур отрицательной обратной связи: биота, включая продуцентов сельского хозяйства, является важным ресурсом производства и потребления (связь +), а изъятие части этого ресурса обедняет и угнетает биоту (связь -). Влияние производства и техники на биосферу опосредовано также их общей средой, причем здесь не уравновешены сильная отрицательная и слабая положительная обратная связь. Воздействие людей на биоту и среду практически полностью опосредовано производством и техникой. Прямое взаимодействие людей и среды характеризуется практически односторонней положительной обратной связью. Наконец, в связи «биота - люди» сочетаются относительно слабые как положительные влияния биоты (не опосредованная производством и техникой часть ресурсов потребления, а также информационное значение биоты для науки и искусства), так и негативные влияния (природные яды, возбудители и переносчики заболеваний).

Как уже отмечено, в целом система экосферы обладает свойствами контура с отрицательной обратной связью и должна быть способной к авторегуляции. Благополучие человечества обусловлено двумя сильными положительными связями: одной - со стороны экономики, другой - со стороны экологической среды. Сами люди отдают явное предпочтение первой из них - получению произведенных ценностей. Поскольку число людей и их потребности растут, увеличиваются и масштабы экономики. Это увеличение до сих пор происходит намного быстрее, чем растет коэффициент полезного действия (кпд) экономики, т.е. отношение количества произведенной пользы (ценностей) к количеству использованных для этого веществ и энергии. Следовательно, рост экономики сопровождается и ростом его вредного действия - увеличением негативного техногенного давления на природу и окружающую среду, а через них и на человека.

Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы. Она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне неравновесна. Но это временное состояние. Оно не может продолжаться сколь угодно долго.

Сотни миллионов лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они жили в согласии с природой, потребляя только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую техносферу. И всего 2 столетия - миг по масштабам эволюции - она наращивает конкуренцию с породившей ее природной системой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальный экоцид, т.е. уничтожение экологических систем. Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной. Это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся структура, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера - ограбленная и изуродованная человеком природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, но которая уже никогда не станет прежней.

Социальная психология отвергает такой вариант - путь апокалипсиса, гибели человечества. Но тогда возникает второй вопрос: каким должно стать стабилизированное и уравновешенное сочетание биосферы и техносферы и какое участие в этой стабилизации должен принять человек - самый активный элемент системы? Понимают ли люди и согласятся ли они с тем, что стабилизация должна происходить за их счет? Ведь именно человек запустил бумеранг техногенеза и сейчас находится под его ударом, опосредованным окружающей средой. Вся система - и природа, и человечество находятся сейчас в точке бифуркации, может быть, самой драматичной в истории Земли. Необходим выбор новой, действительно разумной стратегии. Этот выбор становится важнейшей задачей человечества.

ГЛАВА III. Биота биосферы

3.1. Основные свойства живых систем

Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в терминах физической картины мира. Во 2-й главе уже кратко перечислены основные свойства живых систем. Это - структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации. Здесь мы рассмотрим, с помощью каких условий и механизмов реализуются основные свойства живых систем.

Живой может быть названа динамическая система, которая активно воспринимает и преобразует молекулярную и сигнальную информацию с целью самосохранения. Информация возникает в результате взаимодействия потока энергии с материализованной программой. Программы могут создавать только биологические системы. Молекулярная информация - это совокупность сигналов, передаваемых специфическими молекулами. Сигналом относительно элемента системы является физическое или химическое воздействие, изменяющее функционирование этого элемента. Активное восприятие и преобразование информации означает опережающее (охранительное) реагирование на внешнее воздействие и связанное с ним изменение системы. В руководствах по биологии оно обычно определяется как свойство раздражимости. Сохранительное реагирование может быть реализовано несколькими способами: избеганием неблагоприятного воздействия, оборонительной реакцией, регенерацией, самовоспроизведением. Для восприятия и преобразования сигналов, обеспечивающих реакции и самосохранение системы, необходимы следующие условия:

1. Система должна иметь относительно устойчивую структурную организацию. Основой структурной организации подавляющего большинства биологических систем как индивидуумов является строение биологических макромолекул, надмолекулярное устройство клеток и клеточное строение многоклеточных организмов.

2. Наличие запаса концентрированной энергии, которая может быть использована для восприятия сигналов, реагирования на них и сохранения структуры. В живых системах эта энергия заключена в определенных химических связях органических веществ.

3. Для освобождения энергии в биосистеме и обращения ее в физиологическую работу нужны вещества, которые снижают потенциальные барьеры химических реакций (катализаторы) и трансформируют выделившуюся химическую энергию в физиологическую работу. Эти функции обеспечиваются ферментами.

4. В структурах, выполняющих информационную функцию, закодированы программы считывания и реализации информации. Существует два рода таких программ: а) программы самовоспроизведения, копирующего биосинтеза (генетическая память); они закодированы в молекулярной структуре нуклеиновых кислот - ДНК и РНК; б) программы оперативного реагирования - индивидуального поведения (сигнальная память); они записаны в системах рефлекторных структур, включающих чувствительные элементы и управляющие устройства.

5. Поскольку большинство сигналов в живой системе передается особыми молекулами, воспринимающие их клеточные структуры - рецепторы - должны обладать свойством молекулярного узнавания. На молекулярном узнавании основаны важнейшие биологические процессы: активность ферментов, репликация ДНК, биосинтез белка, самосборка надмолекулярных структур, взаимодействие антиген - антитело, химическая рецепция (вкус, обоняние) и др.

6. При каждой реакции в живой системе расходуется какая-то часть энергоносителей и каркасных структур. Для их возобновления и сохранения целостности необходим приток веществ и энергии из окружающей среды - питание. В процессах метаболизма - обмена веществ и энергии внутри биосистемы объединены и уравновешены взаимосвязанные процессы анаболизма (ассимиляции) - уподобляющего синтеза веществ, и катаболизма (диссимиляции) - распада сложных соединений на простые с освобождением энергии.

7. Постепенное накопление в каждой отдельной живой системе необратимых структурных изменений ограничивает ее существование во времени. Поэтому клетка, организм стремятся к самовоспроизведению, не ожидая, пока возникнет угроза их жизни. Наличие программы воспроизведения в виде ДНК и ее большая стабильность по сравнению с другими структурами биологической системы обусловливают свойство наследственности. Наследственность не абсолютна, она так же, как и живая система в целом, обладает изменчивостью под влиянием случайных спонтанных или индуцированных изменений в генетическом аппарате - мутаций.

8. Наследуемые изменения и их отбор под действием факторов среды обусловливают генетические адаптации, видообразование и увеличение биологического разнообразия. Они тоже могут рассматриваться как опережающие реакции, но уже на надорганизменном уровне, со стороны экологических систем: если изменяются условия жизни, то разнообразие видов обеспечивает большую вероятность сохранения жизни за счет форм, относительно лучше приспособленных к новым условиям. Это обусловливает процесс биологической эволюции.

Перечисленные свойства лежат в основе единства и разнообразия живых систем. В живой природе практически бесконечное разнообразие возникает на основе сочетания немногих структурных единиц. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в состав объектов неживой природы, но их количественное соотношение неодинаково. Только на 6 элементов - О, Н, С, N, S, Р - приходится в среднем почти 99% состава органики всех живых существ от вирусов до человека. Эти элементы называют биогенными. Их соединения образуют несколько десятков природных мономеров - аминокислот, нуклеотидов, Сахаров и других органических веществ, различные сочетания которых, в свою очередь, дают уже огромное число индивидуальных биополимеров.

Многочисленность и разнообразие природных биологических форм хорошо известно. В настоящее время на основании морфологических и биохимических различий надежно идентифицировано более 1,7 млн видов организмов. Но за счет большого числа неидентифицированных низших форм (микроорганизмов, грибов, червей, членистоногих) фактическое общее число видов может быть в 3-5 раз больше. В литературе часто фигурирует размах числа видов на планете от 5 до 30 млн и используется порядок величины 10⁷. В пределах вида или популяции, даже не считая отличий по полу, возрасту, фазе развития, по-своему разнообразны и отдельные организмы. А их на планете очень много: по некоторым оценкам от 10²⁶ до 10³⁰.

При всем биологическом разнообразии оно, тем не менее, во много раз меньше, чем в принципе могло бы быть, исходя из возможного числа молекулярных сочетаний. По подсчетам М.Эйгена (1971) число изомеров одной молекулы ДНК кишечной палочки составляет примерно 10^1000000. В то же время число атомов во всей видимой Вселенной имеет порядок «всего» 10⁸⁰. В сравнении с числом изомеров только одной молекулы величина разнообразия молекул, известных науке, представляется совершенно «ничтожной» - не более 10⁸. Это относится не только к химическим соединениям: на всех структурных уровнях организации материи, включая биологический, реализована ничтожная часть возможных комбинаций. А это означает, что каждый биологический вид, более того, каждое живое существо в высокой степени уникально. Оно должно обладать редчайшим набором свойств, с помощью которых организм уравновешивается со множеством действующих на него сил окружающей среды.

3.2. Надорганизменные биосистемы. Популяции

Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенным образом организованными совокупностями - популяциями^*. Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня - семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию выявляет качественно новые свойства. Решающее значение приобретают численность и плотность организмов, их пространственное размещение, половой и возрастной состав, характер взаимоотношений между особями, размежевание или контакты с другими популяциями этого вида и т.д. По сравнению с временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.