Продолжение, эксперимент «Гея», часть 2

 

3. Цель земной эволюции: биота

 

Начнем обсуждение с одного из первых по значению вопросов: может ли Земля иметь цель в каком-либо смысле и следовать этой цели? За господство над умами борются две гипотезы: а) нет, цели нет, развитие происходит вслепую, следуя законам природы; б) цель есть и природа Земли осуществляет ее в процессе развития. В наши дни старая, но хорошо забытая гипотеза (б) бросает вызов общепринятой гипотезе (а), которая должна защищать свои позиции.

Вопрос о цели приобретает разный смысл в зависимости от того, принимаем ли мы слабую или сильную гипотезу живой Земли (Земля вместе с ее живым населением может считаться в целом живой, или в каком-то смысле абиотическая часть планеты тоже живая). Разберем по порядку, начиная с первого варианта.

Современная эмбриология многое знает о развитиии человека и животных. Биологи выделяют этапы появления дифференцированных внешних и внутренних тканей, собственного кровообращения, двигательного аппарата, нервной системы, мозга. По аналогии нетрудно представить себе как с возникновением все более развитых форм живого у Земли появляются новые органы, последовательно принимающие на себя все более сложные функции. Среди них — накопление энергии солнечных лучей в живой ткани растений, создание кислородной атмосферы и озонового экрана, создание почвенного покрова с его плодородием и др. С образованием ковра наземной растительности Земля приобрела, выражаясь системным языком, блок управления (Вернадский, 1967). Через некоторое время на руководство земной системой начало претендовать человеческое общество. Очевидно, эволюция системы человек-живая природа-Земля делает ее все более целенаправленной управляемой конструкцией. Совокупный мозг человечества, объединенный интернетом, становится все больше похожим на всадника, оседлавшего дикого мустанга, а природа все больше превращается в объезженного коня. Пройдет еще один этап взамной адаптации и всадник с конем станут жить единой жизнью, подчиненной общей цели, заданной всадником. Возможно даже, что это упрвление станет сознательным и обращенным на общеземные интересы. Таким образом эволюция системы, состоящей из человечества, земной жизни и абиотических компонентов Земли, делает ее все более управлемой, все более целенаправленной конструкцией.

Можно говорить о появлении цели у земной биоты еще до появления людей, как только возникла жизнь на планете. Биологи не могут с определенностью сказать, зачем появилось и в каком направлении развивается живое вещество, но нередко используют в своей практике придуманную ими самими псевдоцель. Дарвиновская теория естественного отбора приписывает каждому живому организму цель — выжить и сохранить себя в потомстве. Пусть эта цель сформулирована не инфузориями и амебами, а нами, но она помогает моделировать поведение организмов от простейших до человека позволяя применять, например, принцип минимакса. Правдоподобно моделировать.

Возражение со стороны скептика: хорошо, пусть у организмов существует некое подобие несформулированной рефлекторно реализуемой цели, но при чем здесь Земля? Мы ходим по земле, но не включаем ее в состав своего тела.

Ответ: системология признает условность границ между любой — живой или неживой — системой и внешней средой. У животных внутренняя среда (кровь, протоплазма) по традиции считается частью организма, а у кишечнополостных и моллюсков часть внешней среды превращается во внутреннюю, как только они соединяют края полости или смыкают створки раковины. Трудно сказать, внешним домом или органом живых существ является известковая постройка кораллов? Велика ли разница между внешним скелетом моллюсков и ракообразных и внутренним скелетом позвоночных? Адапируясь друг к другу, организмы разных систематических групп образуют суперорганизм, биоценоз, который некоторые биологи считают единицей эволюционного процесса (Жерихин, Раутиан, 1999). Но, согласно мнению В.Н.Сукачева внутренняя неорганическая среда биоценоза составляет с ним единое целое, биогеоценоз. Семью муравьев или пчел биологи склонны рассматривать как единый организм. Построенный насекомыми муравейник или бортное дупло вместе с архитектурой сот, без которых семья не может существовать — часть этого сложного организма или его окружающая среда? С другой стороны, В.И.Вернадский (1978) заметил, что и в той части организмов, которая считается их внутренним содержимым, большую часть составляет минеральное вещество — вода. У водных организмов содержание воды в теле может достигать 99 и даже 99,7%.

Условность разделения единой системы на организм и окружающую среду становится еще более очевидной при рассмотрении процессов обмена веществ. Считанные месяцы или годы задерживаются в теле животного и растения выхваченные из внешнего окружения химические соединения и элементы. Аналогично: земной запас двуокиси углерода целиком проходит через биоту за 300 лет, кислород атмосферы — за 2000 лет, вода суши и океанов — за 2 млн лет (Камшилов, 1974).

Спор о границах живого, очевидно, бесплоден, он может быть решен лишь условно, по договоренности. Таким образом, если созданные и регулируемые биотой атмосферу и почву, а также, — в значительной степени — гидросферу и литосферу (Вернадский, 1967) мы рассматриваем как часть общеземного организма, — это не выходит за рамки принятых наукой принципов.

Следующее возражение противников живой Геи. У каждого человека, вне всякого сомнения, в каждый момент существует цель, заставляющая его двигаться, реагировать на обстановку и т.п. Исключительные личности могут даже обозначить общую цель всей своей жизни. Это не значит, однако, что все 6 миллиардов землян имеют общую для них цель. Людская толчея скорее напоминает броуновское движение. Тем более это относится к другим организмам. А что же в таком случае остается от целеустремленной Земли?

Ответ. Биологическая эволюция — это не только появление новых форм жизни, это еще и непрерывно возрастающая адаптация организмов друг к другу и к абиотической среде. Вопреки периодическим кризисам, вызываемым внедрением вновь возникших таксонов и природными катаклизмами, взаимозависимость, целостность органического мира со временем растет (см. гл. 22). Отдельно существовавшие в морской среде органеллы когда-то доросли до объединения в клетки, клетки сформировали колониальные сообщества, из них вышли организмы с четко разделенными органами и функциями. Параллельно создавались все более сложные и самоорганизованные биокосные системы, биогеоценозы. В наше время периодически происходит синтез одноклеточных организмов, слизевиков в нечто, напоминающее сложный организм. Раздельно живущие клетки собираются в общую массу, плазмодий. Он передвигается как единое тело с дифференцированными функциями своих частей, выращивает органы размножения и после рассеивания спор снова распадается на независимые сущности. Не так ли нация перед лицом военной опасности объединяется и действует как слаженный организм? А в мирное время снова превращается в полигон столкновений независимых личностей-атомов? Не так ли предстоит человечеству прореагировать на перспективу ядерной войны, экологического кризиса или возможного падения кометы? Но пока эти опасности не стали доминантами в нашем сознании, каждый может себе позволить разыгрывать из себя самодостаточную свободную от общества личность.

Смысл сказанного сводится к тому, что организм — тоже понятие, в природе не строго определенное. Организм может проявлять в разное время разную степень взаимозависимости своих частей. Когда-нибудь, возможно, земные существа достигнут постоянной согласованности действий подобно клеткам одного организма. Клетки, кстати, тоже могут проявлять самостояельность, даже «бунтовать» против организма Но, очевидно, и представление о более «рыхлом» организме типа биоценоза или биосферы тоже имеет право на жизнь, не противореча фундаментальным принципам науки.

Для философов Древнего Востока не существовало сомнений в том, что Земля, как и любая другая планета возникла для осуществления определенного этапа космической эволюции. К таким этапам относятся развитие мира организмов и человеческого общества. Прохождение заданного пути для подготовки следующего этапа составляет общую цель планеты вместе с населяющими ее существами.

 

4. Цель земной эволюции: планета

 

Поразмышляем теперь по поводу сильной гипотезы Геи. Может ли «безжизненная» Земля развиваться по направлению к некоторому аттрактору как к заранее заданной цели? Под «безжизненной» подразумевается Земля, с которой мысленно удалено все, что мы признаем относящимся к биологии, от вирусов до человека. Слово взято в кавычки потому, что, во-первых, представить себе такое опустошение довольно трудно, и, во-вторых, потому, что неизвестно, была ли когда-нибудь Земля такой пустыней (вспомним В.И.Вернадского). И еще в-третьих — не все согласятся с тем, что Земля без биологических существ «безжизненна».

Опять противостоят друг другу две гипотезы. а) Минеральное тело Земли возникло в данном месте в данное время по воле случая, космической «лотереи», развивается строго по физическим и химическим законам и никакой цели при этом иметь не может. б) Свойства и эволюция земного шара позволяют предполагать изначально заданную неизвестную нам цель.

С точки зрения ортодоксального атеизма второе предположение звучит вполне идеалистически. Но попробуем на время избавиться от фетишизма эмоционально нагруженных терминов и проверить, что могут сказать объективное научное наблюдение и логика по поводу (а) и (б).

Примером сложного, но «бесцельного» движения может быть скатывание камня по склону горы. Он то скользит, то катится, подпрыгивает на препятствиях, сваливается в пропасть, задерживается на время, двигается с массой других камней в осыпи, в селевом или водном потоке. Внешне это может выглядеть как целеустремленное движение, в целом в одну сторону. Но для физика это лишь тривиальное проявление неоднородности пространства в гравитационном поле. Вся эволюция камня сводится к движению по градиенту поля тяжести, не против него. Вероятность движения в обратном направлении не обсуждается. Если такое случается (взрыв вулкана) — этому всегда находится особое физическое объяснение. Движение полностью согласуется с законом возрастания энтропии, вторым началом термодинамики.

Совершенно иначе ведет себя существо, направляемое целью. Суслик, увидев опасность, человека, возможно, охотника, совсем не обязательно бросается бежать от него. Он может помчаться и навстречу угрозе, если здесь его нора. Зверек движется против градиента поля опасности, поля, измеряемого вероятностью летального исхода встречи с человеком. Физических законов недостаточно для объяснения подобных событий, подчиненных цели.

Рассмотрим с этих позиций геофизическую историю Земли, как она нам представляется в конце XX века. Если окажется возможным обнаружить в этой истории несомненные признаки движения «против градиента», то гипотеза целесообразного развития получит весомую поддержку.

Первое, что привлекает внимание в астрогеологической истории нашей планеты — четко выраженная направленость ее развития. Это еще не целенаправленность, но и не хаотическое движение, не совместимое ни с какой целью. Направленность проявляется в последовательном увеличении сложности и порядка в строении земного шара. Меньше всего порядка, можно предполагать, содержалось в межпланетном газопылевом облаке, послужившем плацентой, из которой родился плотный шар. После его образования первоначально однородное содержимое постепенно дифференцировалось по удельным весам и распределялось слоями в геосферы: ядро, мантию, кору, водную и воздушную оболочки. Накопление порядка шло в полном согласии с термодинамикой, оно оплачиалось деградацией и рассеиванием в пространстве начального запаса потенциальной (гравитационной) энергии. Движение было направлено по градиенту вектора энтропии, к ее увеличению. Есть ли резон говорить о цели, которой отвечало это движение? — Как будто вопрос решается однозначно, не в пользу суслика, бегущего навстречу выстрелу.

Но здесь выстраивается цепочка фактов, которую можно трактовать иначе. Речь о поразительной череде «везений», благоприятствовавших земной жизни.

Земля, как и вся солнечная система получила в наследство от предыдущих поколений звезд, по-видимому, максимально богатый набор элементов. Вместе с тяжелыми элементами геологическая эволюция приобрела важный источник плутонической энергии — энергию ядерного распада, позволяющего продлить срок тектонической активности планеты. Без избытка железа, по содержанию которого Землю и планеты земной группы следует считать космической аномалией, освобождение начальной гравитационной энергии должно было идти с меньшей интенсивностью и закончиться раньше, возможно, прервав на полпути биологическую эволюцию. Для построения живой материи пригодилась, по существу, вся таблица Менделеева, но без элементов среднего веса от углерода до кальция представить себе эволюцию жизни, хотя бы отдаленно напоминающей земную, невозможно. В этом смысле наше существование начало подготавливаться задолго до появления на земной коре белково-нуклеотидных молекул.

Следующее «везение» — размер Солнца, равный одному Солнцу. Это не каламбур и не пустая игра слов. Астрономы установили, что звезды, близкие по массе нашему Солнцу относятся к наиболее долгоживущим (Боярчук и др., 1998). У небесных тел меньшей массы не хватает начального запаса гравитационной энергии для того, чтобы «зажечь» реактор ядерного синтеза, обеспечивающий долгую световую жизнь светила. У крупных звезд, наоборот, процессы происходят так бурно, что они очень скоро добегают до стадии «сверхновой» и взрываются, возвращая большую часть вещества в окружающее пространство. Так, например, звезда, по массе в 10 раз превышающая Солнце, проходит свой путь в 1000 раз быстрее. И только та группа светил, в которую попадает и наше, обеспечивает период спокойного горения длительностью в первые миллиарды лет. Вспомним, что на развитие жизни на Земле потребовалось не менее 3 миллиардов лет, в более короткий срок жизнь просто не сможет «уложиться».

Далее в космической лотерее набор счастливых билетов выпал Земле в связи с ее размером, расстоянием от Солнца, небольшим эксцентриситетом эллиптической орбиты. Масса Земного шара обеспечила нам достаточное гравитационное поле, чтобы не растерять в Космосе молекулы атмосферы и гидросферы и, с другой стороны, не настолько большое, чтобы сопротивление притяжению потребовало от живых организмов невероятных энергетических затрат. Земная орбита оказалась оптимальной для стабилизации атмосферных температур в районе 273–373° по Кельвину. А это означает, что живое вещество может использовать воду во всех трех фазах, жидкой, газообразной и твердой. Выход за этот узкий диапазон температур делает небесное тело непригодным для существования наших форм жизни и весьма проблематичным для каких-либо других материальных форм. На колебаниях температур и освещенности земной поверхности мало сказывается и переменное расстояние до центрального светила, так как орбита близка к круговой.

Итак, на старте биологической эволюции ей обеспечило успех совпадение нужных значений полудюжины параметров, величины которых в наблюдаемом мире раскиданы в широких пределах. Счастливый случай?

Возражение скептика: Когда Природа вслепую ставит миллиарды миллиардов экспериментов, вероятность осуществления хотя бы одного совпадения указанных выше параметров как угодно близко придвинута к единице. Счастливый билет обязательно должен где-то выпасть. Просто мы не имеем возможности наблюдать последствия «неудачных» экспериментов именно потому, что они «не удались». Это антропный принцип. В его «слабом» варианте.

С этим трудно не согласиться. Но не надо забывать, что чем больше параметров должно совпасть в благоприятных для жизни величинах, тем более редким явлением следует считать жизнь в Космосе. Уникальность нашего очага жизни и цивилизации отстаивал астроном И. С. Шкловский (1962). Однако, мы, Земляне, настойчиво пытаемся наладить космическую связь с цивилизциями, похожими на нашу и не слишком удаленными (Гиндилис, 1999). Очевидно, и в науке вера иногда может оказаться сильнее логики.

Но пойдем дальше. На этом «подарки» Космоса нашей планете не кончились. Невозможно переоценить значение воды на Земле. Причем как раз в таком количестве, чтобы наполнить океаны — колыбель земной жизни и оставить для более высоких форм ее достаточную площадь суши. Уникальные химические свойства воды сделали ее не только оптимальной внешней средой, но и главным компонентом физических тел организмов. А также «полезным ископаемым №1», применяемым промышленностью и сельским хозяйством. Вода — практически единственная из известных химии жидкостей, нейтральная по своим электрохимическим свойствам и потому одинаково легко взаимодействующая как с положительными ионами металлов, так и с отрицательными кислотными остатками. Это делает воду универсальным растворителем, без которого трудно представить себе метаболизм растений и животных. Благодаря свойству образовывать вещества в форме коллоидов — идеальной среды для многих химических реакций, вода вошла в состав клеточной протоплазмы и крови. По всем признакам безводные и маловодные планеты подобны земным пустыням, то-есть непригодны для поддержания жизни.

Зародившаяся на Земле жизнь едва ли могла просуществовать сколько-нибудь длительное время без многослойной «глубоко эшелонированной» обороны против ультрафиолетового солнечного излучения и жестких космических лучей. На заре жизни эти функции выполнялись магнитосферой Земли, ионосферой, всей толщей воздушного слоя, водной оболокой океанов и реголитом материков. Позже, в результате саморегулирования биоты возник еще озоновый экран. Все это, кроме озона, выглядит так, как будто земной «дом» строился с учетом потребностей будущих жильцов — живых существ. Но сохраняет свою силу и высказанное выше соображение о бесконечности экспериментов Природы.

Однако Гея предложила своим обитателям не только приятные сюрпризы. Известно, что климат Земли под влиянием внешних и внутренних причин испытывал заметные колебания. Случайно — или не случайно — появление на Земле человека совпало с эпохой великих материковых оледенений. Человечество, как и вся остальная биота, обнаружило поразительную гибкость и сумело адаптироваться к суровым условиям. Но с уверенностью можно утверждать, что никакой гибкости не хватило бы, если бы покровные ледники — агрессивные диссипативные структуры — одолели сопротивление отрицательных обратных связей и покрыли белым саваном всю земную сушу. В нашу, четвертичную, эпоху снижение среднеземной температуры воздуха достигало 6°C: от современных +15° температура сползала в самое холодное время до +9°. Из всей амплитуды похолодания в 6° половину, 3° можно приписать действию положительной обратной связи: с похолоданием снижается содержание двуокиси углерода и метана в атмосфере, что еще снижает температуру и т.д. (Котляков, 1994).

В своей истории Земля знала и еще более суровые времена. Гуронское оледенение в начале протерозойской эры, около 2,4 млрд лет назад, по расчетам снижало температуру атмосферы до +6°C (Сорохтин, Ушаков, 1991). Это уже за пределом допустимого. Дело в том, что, как показало геофизическое моделирование, проведенное М.И. Будыко (Будыко и др., 1985), уже при температуре +7°C должен начаться лавинообразный процесс охлаждения поверхности Земли, сопровождающийся оледенением, который ведет к необратимому состоянию замерзшей безжизненной планеты, подобной современному Марсу. Об устойчивости такой позиции позаботились обратные связи. Они обеспечиваются высоким альбедо (отражательной способностью) покрытых льдом материков и океанов и снижением парникового эффекта. То, что этого не случилось в протерозое, очевидно, связано с отличающимися от современных параметрами земной атмосферы. Но катастрофа, без сомнения, была близка, спасение нашего настоящего выглядит сейчас как дело очень мало вероятного случая.

На полмиллиарда лет раньше, в архее, Землю подстерегала опасность с другой стороны. Усиленная дегазация расплавленного вещества мантии создала условия образования плотной атмосферы с преобладанием углекислого газа и паров воды. Хорошо знакомое в наши дни явление — парниковый эффект, тоже обладающее свойствами дисипативной структуры, разогнало температуру у поверхности планеты до 145°C (Сорохтин, Ушаков, 1991). Кипение океана не началось лишь потому, что под тяжелой атмосферой тех эпох температура вскипания была еще выше. Но необратимый переход в горячее состояние, подобное состоянию современной Венеры, был вполне реален. Под слоем водяных паров и углекислого газа утренняя планета разогрета до 470°C. Какая уж там жизнь! Но тоже не случилось. В игольное ушко проскочила Гея, убереглась от Сциллы и Харибды. Возможно, тоже — счастливая случайность.

К этому геологи еще добавляют многократно случавшиеся падения на Землю небесных тел размера астероидов. Обнаружены кратеры, оставшиеся от ударов. Эффект их падений по ориентировочным подсчетам должен быть близок к «ядерной зиме», сценарию мировой ядерной войны, разыгранному пока что на моделях (Svirezhev, 1987). Если такое стрясется, то температура у поверхности Земли на полгода упадет до –60°C. Неясно, повезет ли хотя бы каким-нибудь инфузориям выжить при таком испытании. Но земные существа в те времена оказались невообразимо живучими, — мы более или менее уверены в том, что перерывов в эволюции не было.

Путь нашей планеты от пустыни к сегодняшней россыпи городов представляется дорогой по узкому гребню горного хребта, где путник движется по полосе шириной в несколько метров, на каждом шагу рискуя оступиться в пропасть с одной или с другой стороны. Чем более высоко организована жизнь, тем уже дорога. Правило, хорошо знакомое конструкторам, гласит: чем сложнее система, тем в среднем ниже надежность ее функционирования, или, что то же самое, тем выше вероятность «отказов», нарушения внутренних связей, согласованности работы частей. Нейтрализовать эту опасную тенденцию может параллельное совершенствование системы контроля и ремонта повреждений, что многие из нас наблюдают на примере развития автомобильного транспорта. В наши дни предусмотрительный хозяин, еще не имея автомобиля, при постройке дома закладывает асфальтированный подъезд, гараж и мастерскую. И основательный забор, чтобы машину не украли. Совпадение многочисленных условий, которые приготовила Земля для поселения землян, подозрительно напоминают действия этого хозяина. Если это не просто слепое «везение», то можно увидеть в этом движение «против градиента», по траектории. которая никак не объясняется действующими в данный момент силами. К цели.

Пусть и дальше совершаются подобные совпадения. Надежда на ускользающе малую вероятность, на то, что она все-таки не равна нулю.

Эзотерическая философия утверждает, что совпадение благоприятных случаев — создание нашего воображения, результат неспособности увидеть глубокие причины, связывающие все эти явления в единую систему. Христианская теология исповедует идею Провидения, которое наблюдает за земными событиями, вмешивается в их ход, оберегает и корректирует в нужном направлении. Ведическая философия скорее склоняется к идее о невозможности нарушить ход событий, заданный законами Природы. Но сами законы предписывают путь к изначально заданной цели. Возможно, закон самоорганизации — один из них.

 

5. Самоорганизация?

 

Однако мы не знаем, при каких условиях начинается действие самоорганизации. Синергетика все готова объяснить и разложить по полочкам начиная с того момента, как ей преподнесут избыток свободной энергии и структуру обратной связи с высоким показателем нелинейности. Но природоведов больше всего интересует самый момент возникновения этих волшебных конструкций, способных развивать, усиливать самих себя. При этом эффект их саморазвития может быть как созидательным, так и разрушительным. При участии положительной обратной связи образуются ледники, вулканы и барханы, разрушаются горные породы, прорезаются русла рек. Смерчи, землетрясения тоже не обходятся без этого несложного механизма. Кто или что соединяет провода в кольцо, начинающее жить своей жизнью? В организме живого существа команду, например, для перехода в состояние сна или обратно дает центральная нервная система. Вышедший из-под мозгового контроля организм бессмысленно разрушает достигнутый за предыдущую жизнь порядок. Так, «против хозяина» работает истерика, эпилептический припадок, бессоница, раковая опухоль — все системы с обратной связью. Опытный оратор несложными приемами может возбудить толпу слушателей и бросить ее как на сбор пожертвований для сирот, так и на еврейский погром.

У барьера сходятся две гипотезы. Согласно первой, общепринятой, безлюдная природа вслепую указывает пальцем, где следует появиться самоуправляемому процессу (Николис, Пригожин, 1990). В точках бифуркации (разветвления процесса) с равной вероятностью может выпасть шаг вверх по эволюционной лестнице или шаг вниз. В особых случаях кажущееся увеличение порядка оборачивается детерминированным хаосом, «странным аттрактором», что постоянно наблюдают в своем воздушном хозяйстве синоптики. Значит, при первом предположении организация и хаотизация в среднем должны уравновесить друг друга, оставляя наследникам возможность много раз начинать игру с первого хода.

Вторая гипотеза принимает целенаправленность опытов. Увидеть, пощупать цель нельзя. Мы можем лишь по результату многих наблюдений сделать заключение, велика ли случайная составляющая в этом движении, к какому аттрактору (точке притяжения) стремится состояние системы и есть ли смысл предполагать за видимыми сменами цель. Попробуем. Наша система сейчас — геологическое тело Земли.

Зададимся несколькими возможными вариантами отношения Земли к своим жильцам, может быть, это в дальнейшем поможет выбрать один из них.

1. Никакой цели нет. Все определяется случайными сочетаниями изначально действующих не связанных между собой законов природы.

2. Жизнь — нежеланный, но трудно устранимый паразит на живом теле Земли.

3. Жизнь безразлична для планеты, поскольку она воздействует лишь на тончайший поверхностный слой Земли, главные процессы которой протекают глубже.

4. Жизнь желанна. В этом случае возможно предположить наличие цели — сохранить жизнь как можно дольше.

5. Для сохранения жизни на Земле следует поставить заслон паразитическому новообразованию, угрожающему существованию биосферы — человечеству.

6. Человек — любимое дитя. Все для него, пусть тешится.

7. Человек пока еще дитя, но с большими задатками. Задача в том, чтобы воспитать из него достойного сотрудника, способного наилучшим образом организовать жизнь Геи и представлять ее на космических форумах.

Первый и последний варианты, очевидно, представляют собой крайние случаи, остальные располагаются в промежутке. А что говорят наблюдения?

В 60–70х годах нашего столетия естественные науки переживали своего рода болезнь, математическую лихорадку. Бросились писать уравнения и геологи. Для поиска полезных ископаемых наиболее перспективной представлялась математическая статистика. Но скоро наступило разочарование. Оказалось, что концентрации минералов и химических элементов в недрах лишь в очень малой степени отвечают моделям случайных распределений: гауссовскому нормальному, логарифмически нормальному, пуассонову, биномиальному. Скорее можно считать нормой аномалии с «ураганными» концентрациями минералов, то и дело нарушающие умеренные флуктуации случайного фона. Эта «ненормальность» оказалась типичной для пород самого разного происхождения: интрузивных и эффузивных, магматических, осадочных, метаморфических, биогенных и гидротермальных. Казалось бы, в расплавленных магматических очагах, питающих вулканы и интрузии, в конвектирующей мантии все вещества должны перерабатываться в однородную смесь как тесто в миксере. На деле получается наоборот. Происходит гравитационная дифференциация минералов по удельному весу, термическая дифференциация по температурам плавления, разделение газовых компонентов по летучести, выделение водорастворимых веществ. Так образуются месторождения многих металлов, фосфора и пр. По мысли В.И. Вернадского (1967) накопление некоторых элементов: железа, серы, ванадия и др. можно объяснить жизнедеятельностью бактерий. Но два очевидных смесителя — мировой океан и атмосфера тоже на выходе дают хорошо отсортированные и уложенные раздельно месторождения марганца, соды, калийной и поваренной соли, чистого кварцево-полевошпатового песка, тонкой пыли и пр.

Такие разрушители геологических структур как речные потоки и морские волны измельчают породы, чтобы еще аккуратнее разложить их по сортам: золото, алмазы, олово — в речные и береговые россыпи, гальку, гравий и песок — в конусы вынса, дельты, террасы и береговые валы. Случайности тут отведены вторые роли, она определяет лишь такие детали как распределение минералов внутри россыпи. В зоне гипергенеза — приповерхностного химического преобразования коренных пород — идет раздельное химическое выщелачивание веществ фильтрующимися сквозь них водами и повторное накопление их в ловушках геохимических барьеров. Даже такой мощный аппарат бессистемного, как будто, смешивания и перемалывания всего, что находится на пути, как ледник, не ограничивается созданием беспорядка. Прежде чем сбросить несортированный винегрет морены на землю, он шлифует ею как абразивом совершенные по форме «бараньи лбы», а саму морену наполовину перемывает своей талой водой, разделяя на галечники, пески, озерные алевриты и глины.

Разными путями, с использованием механизмов саморегулирования и самоорганизации и без них, в земле и на поверхности идет один процесс: наведения порядка в начальном хаосе. Обратные явления разупорядочивания, выравнивания геологических и географических сред тоже имеют место, особенно в атмосфере и гидросфере, но, судя по результатам они явно проигрывают в мощности тенденциям порядка. Агентами порядка служат гравитационные, элктромагнитные, сильные магнитные и слабые электрические взаимодействия.

Какие из этого следуют выводы? Во-первых, подтверждается сделанное раньше заключение, что неорганическая эволюция, это не случайный набор траекторий броуновского типа, а тренд. Направление движения четко документируется наблюдениями: оно направлено к а) — увеличению разнообразия элементов, веществ, систем, процессов и б) — их упорядоченному распределению в геометрическом пространстве, времени и в пространстве взаимодействий.

Во-вторых, более ответственный вывод, хотя и труднее подтверждаемый, состоит в том, что эти преобразования абиотической среды не безразличны для эволюции живой природы и общества. Едва ли можно привести доводы в пользу предположения о живом веществе, паразитирующем на Земле, бессильной его уничтожить. Скорее наоборот, ликвидация живого представляется возможной в любой момент, средств для этого достаточно. Воздействия на жизнь бывали различные, но значительная их часть как бы была направлена на ее поддержание. Например, создание разнообразия земных условий. На однородной, пусть оптимальной по всем другим параметрам Земле, эволюция жизни не имела бы успеха, скоро затухла. Соревнование, взаимообмен и взаимоподдержка, короче говоря прогресс форм жизни возможен лишь в условиях сочетания холодных и теплых климатов, равнинных и горных, засушливых и влажных ландшафтов. Еще труднее представить себе человеческую цивилизацию, развивающуюся на поверхности геологически и геоморфологически однородной Земли. В этих условиях, например, потребовались бы невероятные усилия по переработке многих тонн породы для получения, скажем, куска железа или горсти фосфора для удобрения полей и т. п. Не недостаток ли разнообразия стал причиной того, что в эволюционной гонке китообразные проиграли приматам несмотря на равенство стартовых интеллектуальных данных? В океанической среде слишком беден набор строительных материалов для построения искусственного внешнего мира, мира материальной культуры. Однородность затормозила эволюционный бег.

И здесь, в противоположность случайной картине развития мира на деле все идет так, как будто природа со знанием дела готовит для будущей эволюции необходимые условия заранее. Для любимых бактерий, цветов, лягушек, волков. И для любимого человека. Законы природы при этом нисколько не нарушаются. Самоорганизация кое-как справляется с объяснением антиэнтропийного развития, от хаоса к порядку, против градиента. Так ведь и мы, когда строим дом или ставим плотину на реке, не нарушаем, а используем законы природы. Но мы знаем, для чего мы из более вероятных конструкций сооружаем все менее и менее вероятные. Гея как будто тоже знает.

Слышен голос скептика: «как будто» не значит «так и есть». Аналогия не доказательство, она может быть чисто внешней. Очень может быть, что в других условиях, с виду неподходящимх, эволюция избрала бы другой путь, который мы с нашим ограниченным кругозором и представить себе не можем. И тогда тоже все выглядело бы как движение по заранее подготовленной дороге.

И это возможно.

 

6. Подготовка к будущему

 

Одной из особенностей живого вещества считается отсутствие видимого конца эволюционного восхождения. Чтобы обеспечить себе беспредельное развитие, жизнь должна быть так устроена, чтобы сиюминутное ее существование не закрывало дорогу последующим поколениям. Болезнь самоуничтожения — любым из бесчисленного множества способов — давно оставила бы нашу планету пустыней.

Существует эмпирическое обобщение, оно нередко трактуется даже как закон биологии: ничто ценное из приобретенного в эволюции не теряется. При ближайшем рассмотрении оказывается, что это правило применимо и к абиотической среде живых организмов..

Но этого мало. В развивающемся мире сохранять надолго живое вещество в неизменном виде, по-видимому, невозможно. Чтобы неопределенно долго существовать в обстановке непрерывного «шума» (в информационном смысле слова) система должна постоянно поддерживать свою способность к развитию. Или непрерывный бег — как в Зазеркалье у Льюиса Кэррола — или отставание, деградация и гибель. Сохранение этой способности тем более требует «заботы» о том, чтобы не отнять нечаянно возможность к творческим поискам у потомков. Например, путем перевода каких-то ресурсов окружающей среды в недоступное для использования состояние.

Выше говорилось о том поразительном факте, что, несмотря на множество опасностей, подстерегавших жизнь на протяжении последних трех миллиардов лет, она продолжает победно шествовать по земному и космическому пространству, осваивая все новые экологические ниши. При похолоданиях и потеплениях климата, падениях астероидов и сменах магнитных полюсов планета как бы в каждой ситуации находила способ сохранить бесконечную нить жизни. Само живое вещество, осваивая все большие объемы ресурсов, несет в себе опасность самоуничтожения подобно тому, как культура клеток в чашке Петри, используя запас питательных веществ, подписывает себе смертный приговор. Но земная жизнь изобрела механизм биологического круговорота, в котором одни и те же химические вещества после использования в телах организмов регенерируются и готовы до бесконечности участвовать в построении новых поколений растений, животных, людей.

Этим, однако, не ограничивается «предусмотрительность» природы. Развитие биосферы идет таким путем, что каждый предыдущий этап готовит последующему наилучшие условия его осуществления. Судите сами. Добиологическая эволюция Земли к моменту прихода жизни обеспечила ей водную среду обитания, атмосферную защиту от космического излучения и ряд других необходимых условий, о которых говорилось в предыдущих разделах. Первичные биоценозы из синезеленых водорослей и бактерий подготовили среду морских шельфов и лиманов к появлению многоклеточных, предков наших кишечнополостных. Фотосинтезирующие примитивные растения создали кислородную атмосферу. Для них эта среда была ядовита и потребовала длительной перестройки механизмов жизнеобеспечения, но зато таким образом был подготовлен эволюционный рывок в мире животных. Как уже отмечалось выше, кислород создал условия для расселения растительной и животной жизни на суше. До появления гетеротрофных организмов биосфера заранее заготовила им высококалорийное легко усвояемое питание в форме зеленых растений. Еще более питательное меню ожидало популяции хищных животных.

Сохраняя метафорическую форму изложения, мы можем дальше говорить о подготовке к приходу на Землю человека. Необходимый минимум для его жизни был осуществлен в разной форме: ресурсов питания от фруктов — как в садах Эдема — до мамонтов, в форме обильной самоочищающейся пресной воды, в форме горючего для костров. Земля уже накопила для реализации творческих фантазий человека множество видов растений и животных, пригодных для одомашнивания и селекции, накопила кладовые горючих ископаемых, металлов, солей, строительных материалов, радиоактивных веществ. На случай, если новому хозяину Земли захочется, например, испытать их действие на себе.

Как и раньше, объяснений может быть как минимум два. Сторонники целесообразной эволюции увидят здесь осуществление определенного плана. В соответствии с ним земная система не просто сохраняла свои главные достижения, но на каждом этапе готовила условия для перехода к следующему, все более и более совершенному. Когда саморазвитие системы подводило ее к критической точке, где требовалась смена эволюционных программ, для новых форм уже была подготовлена среда, и происходил прорыв в новое качество.

Скептики, несомненно, постараются объяснить эти как будто целесообразные совпадения с позиций антропного принципа: о неудачных опытах в рулетке Природы мы не можем ничего узнать по определению, так как они не осуществились, не дали продолжения. В поддержку такой позиции свидетельствует обнаружение в палеонтологической летописи многих тупиковых ветвей эволюции, в том числе эволюции предков человека. Вымирание множества видов, родов, семейств, отрядов животных и таких же таксонов растительного мира плохо согласуется с идеей целесообразного развития.

Но так ли несовместимы эти альтернативы?

Если есть желание найти компромисс, то сделать это нетрудно. Жизнь на каждом шагу учит нас, что случайное и детерминированное развитие событий не только не противоречат друг другу, но друг без друга не существуют. Как у живой, так и у неживой природы в точках бифуркации существует неопределенность, то есть возможность выбора, лишь в малой степени предопределенного предшествующим развитием системы. Тем не менее, различная вероятность осуществления альтернатив делает выбор не вполне случайным. На больших масштабах времени и пространства как бы случайные процессы складываются в направленную траекторию, изучение которой методами стохастического анализа оказывается уже неплодотворным. Вся человеческая история — это равнодействующая эгоистических и сумасбродных поступков отдельных людей. Однако мало кто сомневается в реальности направленного развития общества, проявившего себя в смене экономических укладов, в росте культуры, в циклических сменах фаз этногенеза. Не так ли и с биосферной эволюцией?

Третья, компромиссная точка зрения равноправна в нашем исследовании с крайними взглядами, первым и вторым. На данном этапе мы можем лишь отметить, что существующие знания не позволяют решительно отвергнуть ни одну из них.

Эзотерическая концепция эволюции утверждает целенаправленность эволюционного процесса и разумную ненасильственную (с использованием законов природы) корректировку его в точках неустойчивости. Космос не истребляет своего творчества. Возможность эволюционных «ошибок» и «тупиков», однако, не отрицается. Наличие неизвестного нам плана, согласно которому разворачивается эволюция, предполагает необходимость опережающей подготовки среды для каждого нового этапа развития. Человек избран строителем и собирателем всех сокровищ Вселенной. Правда, свобода воли используется им не только для движения по намеченному эволюционному пути.

 

7. Полет с пилотом

 

В какой-то момент наступает время изменений, явно не случайных. Земля, как и прежде, совершает свой полет в космическом пространстве, описывая сложную циклоиду, но пульт управления все больше переходит в руки пилота, живых компонентов биосферы. В первую очередь у власти оказывается растительность. На траекторию движения пилот пока никак не влияет, зато интерьер геосферы оказывается в значительной степени результатом деятельности живых организмов. Рисунок 1 в схематизированном виде показывает систему связей между растительностью Земли и ее средой, сложившихся за 3 миллиарда лет. От влияния человека мы пока отвлечемся.

Провести внешнюю границу системы можно лишь условно. С наибольшим основанием отнести к внешней среде биосферы можно две переменные. Это солнечная радиация, управляющая земными делами посредством флуктуаций разной периодичности и общего изменения (медленного возрастания) солнечной постоянной. Это также активность земных недр. Верхняя мантия поставляет в атмосферу углекислый газ, вулканическую пыль и полный спектр химических элементов, без которых жизнь едва ли возможна. Внешними эти факторы приходится считать из-за отсутствия или слабости обратных связей. Это независимые (по существующим на сегодняшний день представлениям) «входы» в систему (Будыко и др., 1985). Дальнейшая судьба поступивших в систему веществ и энергий тесно связана с активностью растений. На схеме более массивными стрелками выделены три наиболее важных кольца обратных связей, ответственных за гомеостаз биосферы. С их помощью связываются в единую саморегулируемую систему растительность, атмосфера и литосфера планеты.

Рис. 1. Схема основных связей растительного покрова Земли с абиотической средой
 

На первое место, вероятно, следует поставить регулирование содержания двуокиси углерода в атмосфере. Важность этого компонента определяется его влиянием на температуру воздуха посредством механизма парникового эффекта. В наши дни благодаря присутствию углекислого газа в количестве 0,34% от массы атмосферы, а также метана и паров воды, поддерживается температура на 33°C выше, чем она была бы в отсутствие парникового эффекта. Вместо средней по природным зонам температуры +15°C мы имели бы –18°C на поверхности печально безжизненной Земли. Вспомним, что критическая температура, при которой может начаться обвальное необратимое похолодание — +7°C. С другой стороны, существование земной жизни в среде, подогретой до +40°C также весьма проблематично (Будыко и др., 1985). Углекислый газ — главный элемент питания растений. Следовательно, его содержание зависит не только от активности земных недр, не слишком стабильной, как показывает геологическая история, но еще и от потребления его растительностью, сухопутной и водной, от фотосинтеза. В земных летописях зафиксированы десятикратные изменения содержания СО2 в атмосфере. Но вмешательство зеленого покрова происходит в соответствии с принципом Ле Шателье: избыток углекислоты компенсируется повышением потребления, недостаток — снижением. Если флуктуации мантийных процессов до сих пор не вывели Землю за границы возможного существования жизни, то не исключено, что это заслуга самой жизни. Как Атлант держит на плечах небесную твердь и ни на минуту не может ослабить напряжения, так короткий сбой в растительном регуляторе грозит крушением всей биосфере. Мощность регулятора определяется тем, что при содержании СО2 в атмосфере 2,6·1018 г годовая продуктивность материковой и морской растительности оценивается в 1,9·1017 г (Будыко и др., 1985). Другими словами, за время немного больше 10 лет вся атмосферная углекислота может пройти через хлорофилловые фабрики, а углекислый газ атмосферы и океана — за 300 лет (по М.М. Камшилову, 1974).

Другой объект, регулируемый растительностью — атмосферный кислород. Как и с углекислым газом, здесь приходится поддерживать систему в узком диапазоне приемлемых для живого вещества значений. Ни одна из знакомых нам планет не имеет кислородной атмосферы. Для зеленых растений кислород — бесполезный продукт метаболизма. Даже ядовитый продукт, так как поддерживает такие разрушительные процессы как гниение и горение органических соединений. Но за миллионы лет жизнь приспособилась к этой отраве, зато кислород оказался незаменим для защиты жизни от жесткого солнечного и космического излучения. Роль зонтика выполняет эфемерный по своей массе слой озона, трехмолекулярного кислорода О3. Он порожден фотохимическим эффектом диссоциации молекул воды и обычного кислорода О2 в стратосфере и синтеза из кислородных ионов озона. В результате растительность Земли обеспечила себе, а заодно и животному миру, включая и нас с вами, возможность выхода из вод мирового океана и безбедное существование на суше. Очевидно, всякое ослабление темпа производства кислорода может повлечь за собой крупные неприятности для всего живого на Земле.

Дестабилизирующими факторами тут являются окисление земных минералов и выбывшей из круговорота органики. Последнее зависит, в свою очередь, от температуры и влажности атмосферы, а также от скорости захоронения в осадочных породах мертвых остатков растений и животных. С другой стороны, даже небольшой избыток агрессивного элемента, кислорода, в атмосфере, способен прекратить сухопутную жизнь из-за резко возрастающей пожароопасности (при существующем уровне увлажнения). О существовании подобной опасности говорит высокая повторяемость лесных, степных и городских пожаров в наше время. В этих условиях, очевидно, требуется самая тонкая регулировка количества атмосферного кислорода. Едва ли этого можно достичь при посредстве какой-нибудь механической стихийно возникшей схемы обратных связей. Растительность пока справляется с такой ответственной задачей даже несмотря на то, что возможности компенсации отклонений здесь меньше, чем в управлении потоками двуокиси углерода: полная смена наличного кислорода растительным покровом возможна лишь за 6 тысяч лет (по Камшилову — за 2000 лет)

В отличие от водной растительности, преимущественно планктонной, наземный зеленый покров прочно связан с землей, с литосферой. Неразрушенная монолитная земная оболочка, образованная и многократно преобразованная магматическими, седиментационными, геохимическими процессами, не может считаться идеальной средой для питания растений минеральными солями и даже для простого прикрепления их к неподвижному основанию. «Всюдное», по выражению В.И.Вернадского, распространение жизни на материках стало возможным лишь в результате преобразования верхнего слоя грунта растительностью. Преобразования, как и в предыдущих случаях, в свою пользу. Речь идет о почве, обладающей уникальным свойством плодородия. Чтобы стать средой для подземных частей растений, горная порода должна пройти стадии физического выветривания, разрушения кристаллических решеток минералов и освобождения связанных в них микроэлементов, накопления гуминовых и фульвокислот, образования специфической текстуры и структуры, благоприятной для проникновения корней и их осмотической ассимиляционной деятельности. Все это производится бактериями, лишайниками, водорослями и, наконец, высшими растениями, закономерно сменяющими друг друга в ходе сукцессий. Корневые выделения, органический отпад, механическая деятельность почвенных беспозвоночных, инфильтрация растворов в глубину, все это за считанные тысячелетия создает один из вариантов почвы, отвечающий условиям климата, рельефа, исходных горных пород и, главное, отвечающий потребностям поселившейся на этой почве растительности. Лучшей среды для функционирования растений, чем натуральная почва, мы не знаем. Даже гидропоника, методы программирования урожаев не могут сравниться с этим изобретением природы хотя бы в том, что все они не способны к самоподдержанию и самовосстановлению.

— Вы не правы, — торжествующий голос из-за кулис. Растительность не только повышает плодородие субстрата, но может и понижать его. Почвоведы называют это самоотравлением почв. Богатые питательными веществами низовые болота, развиваясь естественным путем, накапливают слой торфа и изолируют себя от источников минеральных солей. Богатая болотная растительность постепенно уступает место сфагновым мхам, приспособленным к «олиготрофии» — в переводе, к жизни впроголодь. Образуются верховые болота, способные порадовать глаз разве что клюквой. Всем известно также, что процесс подзолообразования — это обеднение почвы посредством последовательного вымывания в нижние горизонты полезных для растений биогенных веществ. А если при этом происходит образование ортзанда — железистого водоупорного слоя, — то отравленный избытком болотной воды лес может вовсе зачахнуть.

— Да, похоже, что растительный покров не всегда «работает на себя». Может быть, не справляется со стихийно идущими процессами, даже такими, которые вызваны его собственной жизнедеятельностью. Ведь и мы, сознательные существа, венец природы, все громче кричим, что городские свалки и промышленные отходы скоро сделают нашу жизнь на Земле нестерпимой.

Но, возможно, объяснение следует искать в другом. Законом биологической жизни остается конкуренция и выживание сильнейших в борьбе за существование. Каждый вид живых организмов, каждый биоценоз, экологическя группировка вырабатывают в этой борьбе приемы самозащиты и противостояния агрессии других группировок. Так, в борьбе за дефицитную в пустыне почвенную влагу, саксауловые леса извлекают из глубоких горизонтов минерализованных вод поваренную соль и покрывают ею поверхность песка под кронами деревьев. Песчаная акация, кандым, терескен и прочие потребители пресной почвенной воды бегут прочь, оставляя поле боя за саксаулом. Свои тайные приемы, возможно, используют и хвойные бореальные леса. Возможно, они не имели бы шансов противостоять натиску исторически более молодых широколиственных древесных пород, если бы не создавали искусственно среду, в которой они имеют конкурентное преимущество. Формирование бедных гумусом подзолистых почв идет под пологом хвойного леса параллельно с созданием повышенной кислотности почвенной среды, мертвого покрова из опада хвоинок, глубокого затенения. Все это с трудом переносится широколиственными породами деревьев, как и широколистными травами, составляющими конкуренцию молодой еловой поросли. Таким методом ельники, пихтарники, кедровники, обедняя почвы, теснят соседей и достигают выигрыша для своего клана. В конечном счете вся эта игра имеет общий полезный результат — сохранение богатства совокупного генофонда растительности, того, что сейчас принято называть биоразнообразием.

Управляющие функции живого вещества в биосфере можно дополнительно проиллюстрировать на многих феноменах, кроме рассмотренных выше. Несомненна роль растительности и животных в регулировании круговорота азота и серы в природе, в продуцировании парникового газа метана, во влиянии на альбедо земной поверхности и отсюда — еще раз на тепловой баланс Земли. Циклическое движение воды в природе, эрозия и денудация в большей или меньшей степени проходят под контролем растительности. Биогеоценозы создают свою внутреннюю среду, оптимизируюшую, насколько возможно, микроклимат в растительном сообществе — для себя и для животных. Вероятно, и без этих примеров уже можно обсуждать вопрос о руководящей или, по крайней мере, регулирующей роли живого вещества в биосфере. Как и в предыдущих случаях, здесь возможны две точки зрения.

С одной стороны, наличие регуляторов, поддерживающих гомеостаз системы растительность-абиотическая среда, как будто позволяет говорить о существовании биологическго блока управления в повседневном функционировании биосферного механизма. С другой стороны, скептический глаз увидит здесь обратный процесс: растительность, обладающая уникальной фенотипической и эволюционной гибкостью, просто приспособилась к заданным ей условиям среды, как приспособилась бы и к совершенно иной обстановке. В этом случае более уместно говорить о том, что среда управляет живыми организмами.

Скорее всего, здесь нет предмета для спора. Мы знаем, что в природе господствует взаимная связь, обратная связь явлений. Управление в чистом виде, без намека на встречный поток воздействий, — лишь крайний и, по всей видимости, редкий случай сосуществования систем одного пространственного масштаба. К сожалению, измерить силу воздействий живой и неживой подсистем биосферы друг на друга мы не в состоянии. Но достаточно понять, что обратные связи сравнимы по результатам с прямыми, о чем шла речь выше. При этом вопрос об управлении переводится в плоскость рассуждений о саморегулировании двухкомпонентной единой системы, носящей название биосфера.

Однако, остается неясность в другом отношении: заслуживает ли абиотическая подсистема, вовлеченная в саморегулирование с земной биотой, того, чтобы рассматривать ее как составную часть, как орган живого организма? То есть стала ли биосфера в целом живой, когда в ней развился мощный растительный покров?

Похоже, строгого научного ответа на этот вопрос просто не существует. Организм — открытая система. Провести разделительную линию между живыми клетками, внутренней средой, поглощенными, но еще не усвоенными элементами внешней среды (воздухом, продуктами питания) и теми же объектами, еще не поглощенными организмом, можно лишь условно. Так же мы не можем с уверенностью определить, входит ли панцирь черепахи, известковый скелет коралла, раковина моллюска в состав организма. Если входит, то, вероятно, частью организма является и построенный из песчинок и палочек кокон личинки ручейника? Восковые соты пчел? И склеенное слюнями из глины гнездо ласточки? И муравейник — неотъемлемая часть семьи насекомых? Если все это не относить к живому организму, то, может быть, чешуя рыбы, шерсть млекопитающих — тоже внешняя среда? Даже кости черепа — лишь защитная оболочка мозга? Даже внутренний скелет можно считать всего лишь механической опорой истинного организма, состоящего из мягких тканей? По-видимому, используя разные критерии разделения живого и неживого, мы будем получать разные ответы на поставленные здесь вопросы.

Сказанное позволяет придти к заключению, что, используя широкое определение живого организма, мы можем считать биосферу, включающую в себя живые и неживые компоненты, аналогом одушевленного существа. При более строгих исходных позициях живыми являются только системы, составленные из клеток. Очевидно, противоречие между двумя точками зрения носит не принципиальный характер, разрешение его — вопрос договоренности.

Позиция эзотерических учений. Связи в природе осуществляются не только известными нам средствами (электромагнитными полями и др.), но и по каналам т.н. тонких энергий, пока слабо исследованных. Поэтому взаимодействие объектов биосферы намного разнообразнее и сильнее, чем представляют современная физика и биология. Единство системы организмов и неживых компонентов биосферы не подлежит сомнению. Что не отрицает специфики, т.н. «живых» объектов, обладающих высшими формами сознания.

 

8. Решающий эксперимент

 

Физика оперирует понятием решающий эксперимент. В тех случаях, когда он возможен, эксперимент строится таким образом, чтобы гипотезу, претендующую на превращение в теоретическую концепцию, однозначно опровергнуть или оставить ей возможность дальше бороться за лидерство. К. Поппер называл эту операцию «фальсификацией» теоретической конструкции. Гипотезы, не поддающиеся фальсификации, он предлагал отвергать с порога как не заслуживающие рассмотрения в рамках уважающей себя науки. Жизнь, однако, показала, что подавляющая часть накопленного людьми знания, в том числе все содержание современных астрономии, геологии, биологии, социологии, экономики по этому суровому критерию не может считаться научным знанием. Очевидно, что предположение о целесообразности земной эволюции, также не может быть проверено никаким доступным нам экспериментом. И дело здесь не в том, что энергетических возможностей человечества не хватит, чтобы, скажем, на какое-то время направить развитие по явно абсурдному пути. Похоже, кстати, что нам, людям, сейчас именно это неплохо удается. Главное затруднение в том, что критерий разумности, целесообразности происходящего остается неопределенным. Отделить разумные сигналы, поступающие из проявлений земной жизни, от стихии, от случайности, оказывается не легче, чем распознать сообщения внеземных цивилизаций (Гиндилис, 1999).

Природа, тем не менее, в переломные моменты порой ведет себя так, что создает полное впечатление разумно поставленного опыта. Во всяком случае, наблюдатель может извлечь из происходящих событий много материала для обоснования или опровержения конкурирующих гипотез. Одним из таких естественных экспериментов представляется четвертичное оледенение земной поверхности.

Как уже отмечалось, по авторитетному мнению М.И. Будыко (Будыко и др., 1986) в существующих сейчас геофизических условиях достаточно понизить температуру поверхности Земли на 7–8 градусов, чтобы началось необратимое падение биосферы к новому устойчивому состоянию, состоянию «белой Земли», лишенной жизни. За последний миллион лет наша планета уже не однажды приближалась к краю этой пропасти на расстояние в полшага. Самые свежие данные на этот счет дала скважина, пробуренная на российской станции Восток в Антарктиде. Буровикам удалось проникнуть в слои льда, возраст которых достигает 420 тысяч лет. Комплекс современных методов анализа ледяного керна позволил воссоздать многие показатели географической среды на протяжении этого срока (Котляков, 1994). По содержанию во льду изотопа кислорода 18О с точностью до десятых градуса реконструирована температура воздуха на поверхности ледяного щита. Изучены изменения в составе атмосферы, в том числе изменения концентраций углекислого газа и метана. Определены колебания запыленности атмосферы и некоторые другие показатели (рис. 2)

gaia2

Рис. 2. Изменения в атмосфере Земли за последние 420 тысяч лет по данным бурения ледника на станции Восток, Антарктида:
а — содержание объёма углекислого газа (в миллионных долях от объёма атмосферных газов; б — отклонения температуры у поверхности льда, восстановленной по содержанию изотопов, от современной, °C; в — содержание метана (в миллиардных долях от объёма атмосферных газов); г — среднеиюльская инсоляция на 65° с.ш. (W/м2) по расчётам М. Миланковича; (по Petit et al., 1999)
Кривая температур, построенная по этим данным (рис. 2-б), показала, что ледовая летопись охватила четыре цикла похолоданий, четыре последних периода наступания материковых ледников (Petit et al., 1999). Методично, примерно раз в 100 тысяч лет температура опускалась на 8°C против современной, потом взлетала вверх, в самой теплой фазе на 2° превышая сегодняшнюю температуру. Понижение температуры на 8° над ледяным щитом Антарктиды соответствует ее падению в среднем для поверхности планеты на 4–5°C. Всего 2–3 градуса оставалось до роковой отметки! Каждый раз эта «игра с огнем», или, скорее, наоборот, со льдом, оканчивалась благополучно. Каждый раз некий автостоп тормозил понижение температуры, не допуская даже кратковременных флуктуаций, заходящих за отметку ниже 6°C от современной. При этом поражает, насколько закономерно температурный цикл раз за разом повторял одну и ту же картину. В начале очередного оледенения похолодание происходит относительно медленно. Плавный ход температурной кривой в этой фазе прерывается короткими (5–12 тыс. лет), но глубокими — на 2–4° — отклонениями температур в одну и другую сторону. На «дне» температурной ямы происходит стабилизация на 15–20 тысяч лет, которая без перехода или почти без переходной «раскачки» заканчивается быстрым взлетом к максимуму. Если фаза понижения температур длится 500–800 тысяч лет, то подъем занимает всего 8–12 тысяч. Вся картина неприятно напоминает ход температуры тела больного человека, подхватившего грипп или другую инфекцию. Показания термометра сначала фиксируют неожиданный резкий скачок температуры. После кризиса начинается неохотное отступление болезни, сопровождающееся ее возвратами, кривая температуры записывает борьбу организма с врагом, временные победы то одной, то другой стороны. Неожиданным в этой аналогии оказывается то, что фаза наибольшего развития ледников на Земле отвечает состоянию восстановления больного в медицинской «норме». Соответственно, короткие межледниковья, наиболее благоприятные для существования и прогресса человеческого общества, выглядят как периоды заболевания планеты. Развивая аналогию, можно придти к выводам, которые едва ли польстят человеческому самолюбию.

Так или иначе, документ, добытый в толще антарктических льдов, настоятельно требует ответа на ряд вопросов. Исследователей волнует прежде всего, какие механизмы географической системы производят переключение с режима холодного равновесия к быстрому потеплению и от потепления к похолоданию. Также вопросом жизни для нас является выяснение того, как удается планете затормозить прогрессирующее похолодание в период наступания материковых льдов, причем затормозить точно на краю «пропасти». От слаломиста, несущегося с горы на бешеной скорости, требуется в таких ситуациях все мастерство, глазомер, фантастическая точность движений. А небольшая помеха на пути грозит трагическим исходом.

Объяснения могут придти с двух сторон. Можно считать динамику температур тела планеты отражением внешних причин, в чем-то похожих на вирусную инфекцию или на колебания космической «погоды». Альтернативная версия — причины кроются внутри, в саморазвитии системы.

Первый подход к проблеме широко распространился после того, как были опубликованы результаты геофизических расчетов Миланковича (Milankovich, 1930), касающихся циклических изменений показателя солнечной радиации, достигающей Земли на разных широтах. Радиация определялась как функция трех переменных: прецессии земной оси (колебания вокруг точек на полюсах), наклона оси к плоскости эклиптики и эксцентриситета земной орбиты. В итоге наложения трех факторов сформировался ритм колебаний радиации с длиной периода около 41 тысячи лет (рис. 2-г). Сопоставление с температурной кривой плейстоцена (рис.2-б) обнаружило хорошую корреляцию с потеплениями и похолоданиями второго порядка. Но основной цикл длительностью примерно в 100 тысяч лет изменениями радиации объяснить не удается. Отклонения радиации могут претендовать лишь на роль «спускового крючка», включающего процесс похолодания или потепления климата, когда система сама подошла к критическому рубежу.

Более вероятна версия спонтанного переключения климата от режима подъема температур к опусканию и обратно. Большой цикл температурной кривой рисует, по-видимому, автоколебательный процесс. Обычно он возникает при наличии в механизме системы контура отрицательной обратной связи. Включенный в него инерционный элемент передает обратную реакцию на прямое воздействие с задержкой, чем объясняется возникновение колебаний. Среди известных нам обратных связей пока нет таких, которые удовлетворительно объясняли бы наблюдающийся ритмический процесс. Предполагаемый механизм несомненно имеет непростую структуру (рис. 3). За осуществление отдельных этапов могут быть ответственны разные элементы географической оболочки. Чтобы обсуждать вопрос конкретно, мы должны попытаться найти механизмы:

а) переключения от потепления к похолоданию,
б) самоусиления понижения температуры,
в) торможения процесса похолодания, перехода к «холодному равновесию»,
г) переключения на потепление и
д) самоусиления разогрева земной поверхности.

 

Рис. 3. Схема основных связей между элементами биосферной системы в эпоху оледенения
 

Относительно механизма переключения существует экзотическая гипотеза, принадлежащая А.В. и В.Н.Карнауховым. Суть ее состоит в том, что холодное Лабрадорское течение в северной Атлантике несет более тяжелую воду, чем теплый Гольфстрим. При встрече в районе о-ва Ньюфаундленд холодный поток опускается на глубину, а воды Гольфстрима остаются на поверхности и снабжают принесенным из тропиков теплом обширную акваторию в Атлантическом и Северном Ледовитом океанах, сдерживая напор морских льдов. Но удельный вес морской воды зависит не только от температуры, но и от солености. В течение межледниковий происходит медленное распреснение вод Ледовитого океана благодаря стоку мощных сибирских рек и Канадской Маккензи. В какой-то момент вода течений, берущих начало в северном бассейне, становится легче воды теплого но более соленого Гольфстрима. Он погружается в глубину, а на площади океана вместе с прилегающими территориями Европы и Америки начинается похолодание. Эффект самоусиления позволяет волне холода распространиться на другие части земного шара.

Простота гипотезы Карнауховых подкупает. Однако, она не подтверждена геофизическими расчетами и рассматривает локальное событие, происходящее в северной Атлантике, как причину глобального похолодания в обоих полушариях. Обосновать такую точку зрения непросто.

В качестве другой возможной причины переключения от тепла к холоду можно рассматривать активность коралловых колоний. Эти тропические морские животные начинают обильно размножаться в периоды межледниковий. На построение известковых рифов затрачивается углекислый газ. Понижение его содержания в атмосфере может привести к всеобщему похолоданию.

Вторая гипотеза, как и первая, не имеет пока достаточного обоснования или решительного опровержения.

Более правдоподобно выглядит модель переключателя, связанная с динамикой лесов и болот на поверхности суши (Klinger, 1991). Смысл гипотезы, положенной в основу модели, в том, что заболоченные территории служат накопителями углерода. В периоды расширения площади болот они активно освобождают атмосферу от углекислого газа, чем способствуют глобальному похолоданию. Палеогеографические исследования показывают, что в умеренных и высоких широтах (от 30° до70° сев. и южн. широты) начиная примерно с климатического оптимума (ок. 5000 лет назад) развивается процесс заболачивания территорий и вытеснения бореальных лесов и кустарничковых тундровых ассоциаций. В какой-то степени это можно связывать с увеличением влажности климата и понижением уровня многолетней мерзлоты в Сибири и Канаде. Ослабевает парниковый эффект, температура приземной атмосферы начинает падать. Когда дело доходит до распространения материковых льдов. высокощиротные болота перестают функционировать как накопители углерода. Но им на смену приходят низкоширотные болота (30° с. ш. — 30° ю. ш.), которым дает простор возрастание влажности воздуха в ранее пустынных и засушливых областях. Площадь переувлажненных ландшафтов увеличивается также благодаря понижению уровня мирового океана и выходу на сушу обширных участков шельфа. Положительная обратная связь работает на усиление процесса похолодания.

Причина обратного переключения, от похолодания к потеплению моделью Клингера не объясняется. Выдвигается предположение, что толчок дегляциации дает очередной цикл Миланковича (что не подтверждается) или перестройка морских течений. Так или иначе, когда начинается потепление, положительная обратная связь действует снова, в сторону улучшения климата. Регулятором опять оказывается живой покров планеты. Тропические болота замещаются лесами, осушению способствуют участившиеся в это время засухи, пожары и деятельность термитов, а также затопление приморских маршей в результате подъема уровня океана. Пока не началось новое заболачивание в средних и высоких широтах, земля спешит согреться в очередном межледниковье.

Механизмы усиления начавшегося понижения температуры воздуха не ограничиваются динамикой болот. Прежде всего распространение ледяного покрова на океаны и материки резко повышает альбедо (отражательную способность) земной поверхности и смещает тепловой баланс в отрицательную сторону. Снижение содержания двуокиси углерода в атмосфере происходит не только в связи с увеличением стока углерода в болотах. В том же направлении должно действовать возрастание растворимости углекислого газа в охлаждающейся океанической воде. В качестве еще одного канала, по которому отсасывается СО2 из атмосферы, называют апвеллинг. Этим термином обозначаются места подъема на поверхность глубинных вод океана, богатых питательными веществами. В районах подъема бурно развивается фитопланктон. Смещение океанских течений в периоды оледенений вызывает к жизни ряд таких зон повышенного потребления углекислоты, что сказывается на снижении парникового эффекта. Содержание углекислого газа в периоды оледенений (рис. 2-а) падает на 35–40% (Petit et al., 1999). Еще сильнее, в два раза, снижается количество в атмосфере другого парникового газа, метана СН4 (рис. 2-в), а также окиси азота N20. Причины этих сопряженных с оледенением колебаний не очень понятны, но удалось подсчитать, что не менее половины наблюдаемого в ледниковья снижения температуры можно считать «вкладом» парниковых газов.

Еще одно природное яление «подстегивает» начавшееся похолодание климата. Антарктическая ледяная летопись указывает: каждое наступание ледников сопровождается усилением запыленности атмосферы. Возможно, это связано с обнажением обширных шельфовых зон при понижении уровня мирового океана, вода которого перекачивается в материковые льды. Другим поставщиком не закрепленной растительностью пыли становятся перигляциальные (приледниковые) холодные пустыни. Все это соединяется с усилившейся активностью ураганных ветров на границах природных зон, контрастность которых возрастает в периоды наступания ледников. В итоге пыль понижает проницаемость атмосферы для солнечной радиации, что усиливает холод. Штормовая активность может влиять на похолодание еще одним способом. Атмосфера над океанами насыщается сульфатами, вынесенными из морской воды, что тоже фиксируется анализами антарктического льда. Соединения серы служат ядрами конденсации водяных паров. Вследствие этого увеличивается суммарная облачность, увеличивается альбедо, ослабевает инсоляция, достигающая земной поверхности.

Весь этот мощный блок акселераторов похолодания слаженно работает в одну сторону, грозя увести биосферу за критическую черту необратимости. Тем более важно выяснть, какие механизмы тормозят этот процесс. К сожалению, здесь наши знания не так велики. Довольно очевидно сдерживающее действие антициклонов, воцаряющихся над северной и южной ледяными шапками. Охлажденные поверхности суши и океана устойчиво поддерживают высокое атмосферное давление над белой поверхностью снега и льда. В результате, возникающие на периферии полярных ледников сухие стоковые ветры препятствуют проникновению циклонов в высокие широты и лишают ледники источников снегового питания. Некоторое время расширение покрытой льдом площади происходит без увеличения их массы, за счет растекания ранее накопившихся льдов, затем экспансия затухает.

Агрессия покровных льдов сдерживается и самим фактом проникновения их в теплые районы, расположенные в низких широтах. В периоды оледенений природные зоны «сплющиваются», но не исчезают, температурные градиенты между ними возрастают. Для преодоления теплового барьера ледникам требуется все возрастающая интенсивность снегонакопления, которой, как мы видели, они сами препятствуют.

Возможно, эти механизмы достаточны для того, чтобы остановить процесс обледенения планеты. Труднее объяснить, каким образом достигается такая точность работы регуляторов, что в четырежды (по крайней мере) осуществленном природой эксперименте не случилось досадного сбоя с понижением температуры еще на пару градусов, после которого можно было бы не рассматривать гипотезу о живой Земле. Заметим, что искусным оператором эксперимент не мог быть проведен более убедительно. Не расчитывая на помощь случая, Природа подтолкнула биосферу, находившуюся на нижнем пределе похолодания, к дополнительному снижению температуры. В трудные для Земли моменты около 25, 140, 250 и 350 тысяч лет назад (максимумы оледенений) кривая радиации, согласно Миланковичу, следуя своему ритму, прыгнула вниз (рис. 2-г). Эффект был незначителен, соответствующее понижение температуры не превысило 1–1,5°, не выйдя за отметку 8° ниже современной (речь идет о температуре над ледяным щитом, не среднеземной). Аналогичная причина падения интенсивности радиации, при попадании на начальные стадии оледенения, отзывалась похолоданием в 7–8°C. Нет сомнения, что на нижнем температурном пределе работает некий мощный ограничитель охлаждения поверхности Земли. Возможно, мы недостаточно учитываем роль растительности, в руках которой, образно говоря, находится такой мощный рычаг воздействия на климат как содержание в атмосфере парниковых газов.

По модели А.В. и В.Н.Карнауховых перелом к потеплению климата наступает в тот момент, когда прогрессирующая соленость Северного Ледовитого снова «загоняет» Лабрадорское течение на глубину, уступая поле боя теплым водам тропического происхождения. По мысли авторов гипотезы содержание солей северной акватории увеличивается в периоды оледенения из-за массовой «переброски» текущих на север рек, заблокированных ледниковым покровом, в южном направлении. Как уже говорилось, эта модель пока не имеет геофизических и палеогеографических обоснований.

Относительно других «переключателей» мы также имеем лишь предположения, слабо обоснованные расчетами и палеогеографическими данными. Деградация коралловых рифов и тропических болот, возможно, сохраняет дополнительное количество углекислого газа в атмосфере. И как следствие может произойти усиление парникового эффекта и переход к потеплению.

Все обратные связи, работавшие на усиление похолодания в периоды наступания ледников, с началом потепления действуют также в роли усилителей, но уже в прямо противоположном направлении. Процесс ускоряется в результате потемнения освобождающейся от льда и снега земной поверхности, в результате уменьшения количества пыли и сульфидов в атмосфере и увеличения парниковых газов. Казалось бы, графики подъема и падения температуры должны быть в этих условиях симметричными. Но нет, разогревание биосферы в позднеледниковье идет намного интенсивней, чем охлаждение в начале оледенения, без признаков «разгона», «раскачки» и без постепенного замедления, если не считать совсем коротких межстадиалов. Уж не вмешивается ли и тут растительный покров, которому некогда ждать, который в конце каждой зимы «торопит весну» даже с риском понести потери в случае неожиданного возврата холодов?

Итак, если вернуться к мысли о «решающем эксперименте», — дает ли картина оледенения основание для положительного или отрицательного решения главной проблемы: Земля живая? К сожалению, не дает. Как и в других случаях, мы не находим здесь ни безусловных признаков осмысленного целесообразного «чуда», ни подтверждения чисто механического саморегулирования сложной системы. И трудность проблемы не только в недостаточном знании многосложных связей, управляющих биосферой. Для того, чтобы спросить Землю: разумно ли ты поступаешь — надо сначала ответить на вопрос, от которого как от разъяренной осы убегает официальная наука: зачем ты, Земля, существуешь? Если считать разумным действием сохранение жизни на нашем глобусе, то стрелка весов несколько склоняется к ответу: да, разумно. Но это по-прежнему лишь гипотеза. За ней, однако, остается без решения проблема следующего уровня: зачем могла бы понадобиться живой Земле такая рискованная игра со ставкой в жизнь — в миллиарды жизней? — Вопрос трудный, но ответ на него есть. Ограничимся скромным предположением: эволюция любой жизни останавливается, если ей создать оптимальные, тепличные условия. Ароморфозы — эволюционные рывки — осуществляются в эпохи кризисов, неустойчивости, обостренной борьбы за существование. Такие мысли можно найти, например, в высказываниях нашего крупнейшего генетика-эволюциониста Н.В.Тимофеева-Ресовского. Действительно, наша человеческая цивилизация осуществила невиданный эволюционный прорыв именно во время плейстоценовых ледниковых испытаний на прочность. Или это тоже надо считать совпадением, еще одним в бесчисленном ряду совпадений?

Голос скептика: легче увидеть во всем этом совпадение, чем проявление не обнаруженного наукой Разума.

Эзотерический взгляд на проблему: вопрос о цели эволюции — не праздный, но на современном уровне сознания человечества не может быть ему открыт.  далее

 

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *