Лекции 34 (час.) практические занятия 17 (час.) семинарские занятия час лабораторные работы час

10.6. Совместная эволюция человека и биосферы

Еще раз зададимся вопросом: так что же такое человек? Поисками предков современного человека, поисками разных «недостающих звеньев» в цепочке от обезьяны к человеку ученые занимаются давно. Мы знаем питекантропов, синантропов, австралопитеков, зинджантропов, неандертальцев. Возраст «первочеловека» отодвигался чуть ли не до 3 миллионов лет, а ответвление наших предков от предков современных обезьян — до 15 миллионов лет.

Однако последние исследования (с 1987 г. и позднее), основанные на изучении генетического материала (ДНК митохондрий клетки), показали, что род человеческий, по-видимому, начался всего лишь примерно 200 тысяч лет назад от общей праматери. Все люди генетически практически тождественны, а такие «предки», как неандерталец и синантроп, оказались тупиковой ветвью генеалогического древа, не приведшей к человеку разумному. Все указывает, что человека породила некая единственная эпохальная мутация, запустившая механизм нового мышления, которая произошла не очень давно.

Мышление выделило человека из остальной живой природы. Человек — это живой организм, впервые осознавший сам себя, свою самоидентичность и отличие от всего остального мира. Животное находится в гармонии с окружающим миром, и эта гармония устанавливается на инстинктивном уровне, животное автоматически встраивается в естественную сбалансированную систему. Человек же, осознав самого себя, оказался в изоляции, и ему пришлось заново, сознательно, «строить мир», чтобы найти свое место в нем и снова соединиться с ним. В результате человек создал новый уровень организации, называемый человеческим обществом, занялся познанием мира и самопознанием и начал покорять и переделывать природу, создавать техносферу.

Что ждет человека дальше? Ответ затрагивает два аспекта: что ждет человека как отдельный уникальный биологический вид и что ждет человека как компонент биосферы? Или, если переиначить — что ждет биосферу после того, как главным ее компонентом стал человек?

Как считают некоторые биологи и антропологи, биологическая эволюция человека прекратилась, так как, создав себе искусственно стабилизированную среду, человек исключил фактор естественного отбора, что мы уже упоминали несколько выше. Но так считают не все. Многие полагают, что нет достаточных оснований для такого вывода, а для экспериментальной проверки срок пока слишком мал. Имеют основания и пессимистические прогнозы физического вырождения человечества, так как успехи медицины сейчас позволяют выживать слишком многим дефектным особям, которые нормально должны были погибнуть, не дав потомства.

Есть и оптимистические прогнозы. Да, человек выделился из природы, нарушил естественные механизмы регуляции здоровья и процветания вида, но он если еще не научился, то научится компенсировать эти потери и достигнет лучших результатов, чем неразумная природа. Здоровью человека больше всего вредят чрезмерные стрессы, связанные с ускоренным ритмом жизни и скученностью, и гиподинамия. Отсутствие физических нагрузок приводит к очень большому разбалансу в функционировании организма. Инфаркты и инсульты как результат детрени-рованности и переедания. Авитаминозы, так как потребность в еде уменьшается и человек вынужденно недобирает витамины: либо он должен сильно переедать и жиреть, либо жить с авитаминозом, так как концентрация витаминов в продуктах питания невелика. Например, суточная доза витамина В1 содержится в 900 граммах ржаного хлеба (одного из самых богатых этим витамином продукта), а сейчас человек съедает в день едвали одну десятую этого количества.

Человек борется со всеми этими витаминными таблетками и физкультурой, но эффект невелик. Психология человека весьма стабильна и плохо перестраивается. Однако, несмотря на все это, сам человек может и не дожить до момента своей полной физической деградации, так как гораздо быстрее деградирует среда его обитания и это может оказаться фатальным. К счастью, человечество начинает проникаться сознанием возможности и даже близости крупнейшей, глобальной, т. е. всемирной экологической катастрофы (что-то сродни библейскому потопу), вызванной его собственной деятельностью, и это вселяет надежду, что ее удастся избежать. В чем же суть надвигающейся и возможно неминуемой катастрофы?

Выделившись из остальной природы, благодаря своему разуму, человек стал переделывать окружающую среду, приспосабливая ее к своим нуждам. В результате численность человечества перестала регулироваться естественными процессами и начала неудержимо расти. Одновременно росла и интенсивность воздействия на природу каждого индивидуума. Животное извлекало из окружающей среды пищу и очень быстро возвращало все взятое, причем там же, где оно было взято, поддерживая баланс вещества. Человек извлекал гораздо больше, чем необходимо для пропитания, и возвращал изъятое в радикально преобразованном виде и обычно не там, где брал.

Чтобы прокормиться, человеку пришлось вывести особые высокопроизводительные сорта растений и породы животных, создать отличные от естественных так называемые культурные ландшафты и сообщества живых существ. Продукция этих сообществ изымалась безвозвратно, а обеднение среды полезными компонентами компенсировалось искусственно и неполноценно. В результате уже с древних времен стали возникать локальные кризисы производства продуктов питания, такие как гибель древней цивилизации Двуречья в результате снижения плодородия орошаемых земель. В начале XIX века английский ученый Томас Мальтус пришел к выводу, что вообще возможности Земли ограничены, и рост производства продуктов питания должен отставать от роста населения, если последний не ограничивается войнами и эпидемиями.

Потребность в продовольствии заставляла человека осваивать все новые и новые территории, преобразуя природу, но все яснее становилось, что неограниченный рост населения Земли неминуемо должен привести к кризису связанному с массовым голодом. А еще позже, во второй половине XX века стало ясно, что при современном способе существования человечества наибольшую опасность представляет собой не угроза голода, а угроза отравления всего живого продуктами человеческой деятельности.

Прежде всего человек обратил внимание на явные случаи губительного воздействия промышленности на его жизнь и природу. Загрязнение атмосферы дымом, оксидами серы, азота, ядовитыми органическими молекулами при сжигании топлива. Загрязнение водоемов жидкими отходами производства, делающими воду непригодной для питья и губительной для большинства живых организмов. Загрязнение воды и воздуха радиоактивными отходами. Оксиды серы и азота в угольном и мазутном дыме, расворяясь в атмосферной влаге породили кислотные дожди, угнетающие и губящие растительность на огромных территориях. Катастрофически разрастающиеся свалки бытовых отходов, которые при возгорании выделяют огромное количество самых разнообразных ядов и, прежде всего, чрезвычайно ядовитые и очень стойкие диоксины. Нефть, вытекающая при авариях танкеров, покрывает губительной пленкой огромные площади океанов.

Все эти загрязнения либо вообще отсутствовали в «доиндустриальной» природе либо образовывались в количествах на много порядков меньших, чем сейчас. Человек может «задохнуться в собственных отбросах». Однако отбросы, химические и радиоактивные загрязнения не являются столь страшными сами по себе, они не являются непреодолимым злом. Дело в том, что от любого загрязнителя можно избавиться и проблема это чисто экономическая. Например, вредоноснейшие оксиды серы и азота могут быть полностью извлечены из дыма и использованы для получения различных полезных продуктов, при этом станут не нужны многие предприятия по переработке серных руд и по связыванию азота из воздуха. Просто это пока слишком дорого, и соответствующая необходимость еще недостаточно осознана обществом. То же можно сказать и обо всех других отходах. Автомобили можно перевести на электричество или на водородное топливо, дающее на выхлопе чистую воду, и т. д. Все это в принципе доступно уже сейчас, но требует очень больших затрат.

Возникает впечатление, что по мере роста общественного сознания и общественного богатства можно будет все технологии сделать «чистыми» и спасти окружающую среду. Однако это не так. Чистые технологии требуют не только больше денег, они требуют также больше энергии. Потребность в энергии не зависит от воли человека и уровня организации производства — она определяется законами природы. Повышение экологической чистоты производства энергии требует дополнительного ее расхода «на собственные нужды», понижает эффективный КПД энергетического предприятия и, таким образом, неминуемо увеличивает то загрязнение, от которого невозможно избавиться — тепловое. За совершенство структуры надо платить ростом диссипации, снижением качества энергии, ростом количества рассеянного тепла, которое может привести к перегреву окружающей среды. Законы термодинамики неумолимы.

Часто видят выход в использовании так называемых альтернативных источников энергии. К ним относят энергию ветра, волн, приливов, тепловую энергию океанической воды и земных недр (геотермальную), солнечное излучение. Иногда и ядерную энергию, но ее уже чаще считают одним из традиционных источников. Из перечисленных видов энергии геотермальная черпается из запасов тепла в недрах Земли, энергия приливов — из кинетической энергии вращения Земли, в обоих случаях тепло добавляется в географическую оболочку так же, как и при сжигании ископаемого химического или ядерного топлива. Преимущество лишь в отсутствии химических и радиоактивных отходов (хотя в геотермальной энергетике на поверхность выводятся высокоминерализованные термальные воды, основательно загрязняющие окружающую среду если не принимать специальных мер). Остальные виды энергии имеют источником солнечное излучение, приходящее на Землю, и дополнительного тепла в географическую оболочку не вносят.

Все эти источники используются уже сейчас, но только в опытном порядке и в так называемой малой энергетике, то есть как автономные источники энергии малой мощности, работающие в особых условиях (на таежной метеостанции, космическом корабле и т. д.). Заменить традиционные источники в большой энергетике они пока не могут и, по-видимому, не смогут никогда. Их главные недостатки — неравомерность поступления и очень низкая плотность потока энергии при низком ее качестве. Неравномерность поступления требует использования аккумулирующих систем огромной емкости. Низкая плотность потока и низкое качество энергии приводит к очень большим размерам и материалоемкости энергетических станций и низкому КПД. Такие станции занимают большие площади, а их строительство требует создание целой индустрии, которая также наносит вред природе.

Хороший пример производства «чистой» и «даровой» энергии (так считалось, когда они строились) — это наши гидростанции на Волге. Никаких вредных выбросов, вечный, даровой, возобновляемый источник энергии вложил деньги (хотя и большие), построил, а потом стриги, в этом убеждали себя и народ строители. Теперь ясно, что затопление и подтопление сельскохозяйственных землель, уменьшение во много раз стада осетровых рыб и ряд других негативных последствий принесли убытки, во много раз превосходящие стоимость всей электроэнергии. Потеря высокопродуктивных пойменных земель потребовала освоения под сельское хозяйство новых территорий и, соответственно, дальнейшего сокращения сбалансированных биоценозов. Цепочку неблагоприятных следствий можно тянуть очень далеко.

Но воздействие человека на биосферу не ограничивается прямыми загрязнениями, оно гораздо сложнее.

Мы говорили, что биосфера представляет собой целостную сбалансированную саморегулирующуюся систему. Эта система поддерживает стабильные условия своего существования, сглаживая, демпфируя все неблагоприятные внешние воздействия, нарушающие стабильность. Для этого необходимо, чтобы способность биосферы к компенсации неблагоприятных воздействий превосходила максимально возможную их интенсивность. Что для этого нужно?

Биосфера потребляет разнообразные химические вещества на строительство своих организмов и возвращает их обратно при разложении этих организмов. Этот круговорот лучше всего проиллюстрировать на примере основного элемента жизни — углерода. Баланс его может быть подсчитан. Ежегодно поступает в биосферу и изымается из нее 10¹¹ тонн. Баланс сходится с точностью 10^-4. Кроме того, в результате геологических процессов в биосферу поступает ежегодно дополнительно 10⁷ тонн неорганического углерода. Как показывает изучение состава пузырьков воздуха, захороненных в кернах полярных ледников, содержание СО₂ в атмосфере было неизменным последние 10 тысяч лет, а запас органического углерода, накопленный в захороненном виде в биосфере, соответствует его дополнительному притоку из глубин Земли за 100 тысяч лет. То есть биосфера (точнее, биота — сбалансированная совокупность организмов, способная компенсировать нарушения баланса в биосфере — домашние животные и культурные растения не отвечают этому условию) с высокой точностью и надежностью компенсировала этот поток и его случайные флуктуации, поддерживая состав атмосферы. (Кстати, поддерживается и содержание кислорода, который изымается геохимическими процессами).

Эта компенсация осуществляется за счет отрицательных обратных связей в соответствии с принципом ЛеШателье, а надежность обеспечивается большой избыточностью: поток вещества, участвующий в круговороте, в 10000 раз превышает средний поток углерода, поступающий за счет геологических процессов. Также избыточен и круговорот кислорода и других химических веществ. Мы уже говорили, что такая большая избыточность нужна для быстрой компенсации ударных разрушительных воздействий на биосферу, прежде чем они смогут привести к вымиранию слишком многих видов и нарушению сбалансированности биоты.

Нормально функционирующая биота должна увеличивать потребление и перевод в неактивную форму СО₂ при увеличении его концентрации в атмосфере за счет любых процессов, в частности и за счет сжигания человеком горючих ископаемых. Так и было до начала нашего века, когда человек использовал менее одного процента биологической продукции суши. Сейчас, когда это использование достигло 10%, суша перестала работать компенсатором в соответствии с принципом Ле Шателье. Сейчас биота суши уже не только не компенсирует индустриальное поступление СО₂, но вносит свой отрицательный вклад, сопоставимый с индустриальным.

Это результат ее разрушения человеком. Все искусственные, культурные системы — сельскохозяйственные угодья, сады и парки и т. д. — имеют разомкнутый оборот: они поддерживаются в сбалансированном состоянии благодаря искусственному внесению потребляемых веществ и удалению продуктов и отходов. Так поддерживается в стационарном благополучном состоянии данная система, но состояние биосферы в целом при этом ухудшается. В частности, все культурные сельскохозяйственные земли добавляют в атмосферу парниковых газов столько же, сколько и заводы, фабрики и электростанции. Вырубка лесов, осушение болот, распашка целины высвобождают огромное количество запасенного в земле органического углерода.

Но дело не только в малой эффективности культурных садов и полей для поддержания сбалансированности природной среды. Уничтожая естественные сообщества организмов, человек обедняет видовой состав биоты, причем не только на данном участке земной поверхности, но и на Земле в целом — в мире ежегодно исчезают благодаря человеку тысячи видов. А обеднение видового состава резко ослабляет способность биоты компенсировать случайные резкие нарушения баланса. Любая естественная природная катастрофа с каждым годом становится все опаснее для биосферы.

Полученные к настоящему времени результаты говорят, что биосфера способна работать в соответствии с принципом Ле Шателье в компенсаторном режиме, только если изъятие человеком ее продуктов не превышает 1%. Эти условия пока еще существуют только в океане. Океан еще нормально реагирует на нарушение состава атмосферы, но и он уже «на грани». На суше еще остались сбалансированные биоценозы, которые работают в нужном направлении. Но таких сбалансированных систем осталось мало, и площадь их катастрофически сокращается.

Устойчивость биосферы поддерживается очень точной сбалансированностью процессов продукции и деструкции и огромной мощностью этих процессов, превосходящих в 10000 раз среднюю мощность естественных процессов, нарушающих баланс. Сбалансированность процессов обеспечивается огромным видовым разнообразием как продуцентов так и деструкторов. Разнообразие и конкурентность обеспечивают быструю и адекватную реакцию системы на внешние флуктуации и относительную малость внутренних случайных флуктуаций — замкнутый круговорот веществ быстро восстанавливается.

Человек уничтожает естественные замкнутые, богатые и сбалансированные природные сообщества и заменяет их разомкнутыми, несбалансированными, не способными гасить внешние флуктуации. Эти искусственные сообщества не обладают внутренней устойчивостью и способны сами быть источником огромных флуктуаций. Именно эта неустойчивость искусственных сообществ, создаваемых человеком, и есть неминуемый источник катастрофы, если замена ими естественных зайдет слишком далеко.

Наиболее продуктивные сообщества биосферы — это леса и болота. И стабилизаторами естественной среды они могут быть только в естественном состоянии. Если лес уничтожить на какой-то площади, круговорот вещества на ней разомкнётся. Природа восстанавливает его следующим образом: сначала поврежденный участок зарастает быстрорастущими породами, которые образуют временное сообщество, которое уже через 10 лет уменьшает разомк-нутость кругооборота со 100% до 10%, затем сообщества последовательно сменяют друг друга и примерно через 300 лет восстанавливается первоначальный девственный лес, сбалансированный до 99,99%. Человек, занимаясь культурным лесопользованием, обрывает этот процесс, производя рубки каждые 50 лет, когда подрастают искусственно посаженные ценные породы деревьев. При этом разом-кнутость круговорота остается и такой лес не может выполнять свою стабилизирующую функцию. Необходимо рубить не чаще, чем раз в 300 лет.

Совсем недавно, когда начали бить в набат по поводу уничтожения тропических лесов, их называли «легкими планеты», так как они дают наибольшую продукцию кислорода. Но вскоре стало ясно, что другим регионам планеты они в этом смысле ничего не дают, ибо весь произведенный кислород они сами же и потребляют на разложение растительных остатков. Тропический дождевой лес — замкнутая экосистема. Однако именно поэтому роль его в жизни биосферы огромна — он является стабилизатором состава атмосферы, реагируя должным образом на вызванные разными факторами отклонения. Недавно было подтверждено точными измерениями, что дождевой тропический лес в бассейне Амазонки отреагировал на повышение концентрации СО₂ в атмосфере сдвигом баланса в пользу преимущественного поглощения этого газа. Но в масштабах планеты вклад оставшихся к настоящему времени как тропических, так и северных лесов совершенно недостаточен.

Вообще стабильность биосферы возможна лишь если человеком используется не более 1% продукции биосферы. Остальные 99% должны работать на стабилизацию природной среды в замкнутых, не дающих ничего «на рынок» циклах. Это необходимая плата, своеобразный природный налог ради стабильности.

Что же делать человечеству? Если оставить 99% биосферы в естественном состоянии, нынешнее население Земли не прокормить. Выход можно искать в двух направлениях, причем гарантированный результат, по-видимому, может дать все-таки только одно.

Первое направление: направить максимум средств и усилий на создание искусственной среды обитания, оставив лишь цепь заповедников для сохранения (на сколько это будет возможно) генофонда — не для стабилизации среды. Это, по существу, продолжение нынешней стратегии развития, только с огромным увеличением усилий, направленных на искусственную стабилизацию окружающей среды. Если объединить усилия всех стран и при этом ликвидировать всю военную промышленность, а высвободившиеся средства направить полностью на программу стабилизации, то не исключено, что можно будет достичь успеха. Однако все равно, даже если ее удастся осуществить (что не гарантировано), по эффективности и надежности такая искусственная система будет значительно уступать естественной и все равно потребует стабилизации численности населения.

Второе направление: перевести 99% биосферы в естественное состояние. Этот путь гарантирует максимум надежности, но потребует сокращения населения примерно в 10 раз и почти полного отказа от использования невозобновимых органических энергоресурсов.

В любом случае требуются фундаментальная смена самого принципа развития цивилизации — замена экстенсивного пути интенсивным. В каждом биологическом виде заложена тенденция неограниченного экстенсивного развития. В дочеловеческой биосфере взаимодействие различных видов при огромном их разнообразии ограничивало возможности каждого и стабилизировало систему в целом. Отдельные флуктуации, вроде безудержного размножения саранчи, быстро гасились — размножившаяся популяция уничтожала все вокруг себя и погибала сама. Опустошенная территория восстанавливалась, так как вокруг было достаточно территорий нетронутых. Человек как биологический вид сохранил исходную тенденцию к экстенсивному развитию и в то же время выделился из природы и приобрел небывалое могущество благодаря разуму. Это дало ему способность в отличие от саранчи опустошить не ограниченную территорию, а всю планету, причем опустошить необратимо. Погубив себя, человек способен утащить с собой в могилу и всю высокоорганизованную жизнь. Спасти его может только тот же разум, который дал ему силу все погубить. Однако думать надо очень быстро.

Как же обстоит дело в мире? Сейчас осознание ограниченности ресурсов Земли и близости экологической катастрофы происходит уже во всем мире, но делается для ее предотвращения крайне мало. Тем не менее положительные тенденции есть. Темпы роста народонаселения сокращаются быстрее, чем предполагали эксперты еще совсем недавно, причем они сокращаются не только в развитых странах, где это началось уже давно, но и в развивающихся. Это связано, прежде всего, с урбанизацией и изменением образа жизни и, отчасти, с пропагандой и административными мерами (например, как это делает Китай). С середины 90-х годов начали уменьшаться не только темпы, но и величина абсолютного прироста.

Задача перехода к «устойчивому», то есть не экстенсивному, не количественному, а качественному развитию, весьма трудна. И главное в том, что у человечества осталось слишком мало времени и возможностей для маневра. Для реального объединения усилий всего населения Земли необходимо выровнять образовательный и жизненный уровень всех стран. Это потребует огромных затрат от богатых стран и, соответственно, напряжения их хозяйственного механизма. В то же время уже сейчас необходимо ограничивать потребление энергии, уменьшать вредные помышленные выбросы, переходить к более экономным и, естественно, более дорогим технологиям. Необходимо сбалансировать эти противоречивые требования.

1. Человек — сложная целостная система, которая сама является компонентом более сложных систем — биологической и социальной. Одной стороной человек принадлежит живой и неживой природе, другой — социальному миру. А в целом, он является предметом изучения различных наук, но в нашем случае речь пойдет о том аспекте, который связан с естественнонаучным познанием человека

Антропогенез в нынешней научной картине мира предстает как процесс со многими неизвестными. Это объясняется тем, что, по словам блестящего французского философа, биолога, палеонтолога и антрополога П. Тейяра де Шардена (1881-1955 гг.), человек является «осью и вершиной эволюции» мира и «расшифровать человека значит, в сущности, попытаться узнать, как образовался мир и как он должен продолжать образовываться».

Эволюция в органическом мире осуществляется в результате трех основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора, Казалось, что благодаря именно этому единому процессу, организмы в результате эволюции накапливают все новые приспособленческие признаки, что и ведет, в конечном итоге, к образованию новых видов.

У. Хавеллз утверждает, что человек современного типа возник 200 тыс. лет назад в Восточной Африке. Эта гипотеза получила название «Ноева ковчега», потому что, по Библии, все расы и народы произошли от трех сыновей Ноя—Сима, Хама и Иафета. В соответствии с этой версией питекантроп, синантроп и неандерталец — не предки современного человека, а различные группы гоминид, вытесненных «Человеком прямоходящим» из Восточной Африки. В пользу данной гипотезы существуют генетические исследования, которые, однако, не всеми антропологами и палеонтологами признаются надежными.

2. Основная проблема восстановления эволюции человека состоит в том, что у нас нет близких родственников среди живущих ныне предков. Наши ближайшие, хотя и не очень близкие, в настоящее время живущие родственники — шимпанзе и горилла — были связаны с нами общим предком не менее 7 млн лет назад.

3. Социобиология — междисциплинарное научное направление, которое изучает биологические основы социального поведения животных и человека, используя данные экологии, генетики, эволюционной теории, социальной психологии, этнографии и др.

Социобиология исходит из возможности обнаружения у животных предпосылок поведенческих форм, свойственных человеку. Исследуя альтруистичное, эгоистичное, агрессивное, половое и другие типы поведения, социобиология стремится установить их инварианты у животных и человека.

Социобиология ставит проблему взаимосвязи биологического и культурного развития, синтеза биологии и социогуманитарного.

4. Вопрос о роли биологического в процессе формирования и развития личности стал особо актуальным в последние годы. Это во многом объясняется выходом на передовые рубежи науки таких ее разделов, как генетика и молекулярная биология, и связано с их новейшими достижениями, в частности, с установлением глубочайшего единства человека с остальным органическим миром. Значительно углубились современные представления о сущности жизни, о законах развития живого. Это показывает, что материальное и духовное, природное и социальное, не разорваны в человеке, а находятся в диалектическом единстве.

Происхождение жизни

Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.

• 
  Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.
  
• 
  Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.
  
• 
  Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.
  
• 
  До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам. Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу.
  
• 
  Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1) органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены; 3) сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.
  

Как произошла жизнь? Откуда взялись бесчисленные животные и растения, с которыми мы постоянно встречаемся в лесах, на полях и лугах? Как возникли рыбы, насекомые и те мельчайшие, видимые только в микроскоп живые существа, микробы, которые всюду нас окружают?

Повседневно мы наблюдаем, что живые существа всегда происходят, родятся только от себе подобных живых существ. Но было ли так всегда, вечно?

Нет, отвечает наука. Сама наша планета -- Земля -- существовала не вечно. Следовательно, и населяющие ее живые организмы должны были иметь какое-то свое начало.

Изучая ископаемые остатки тех животных и растений, которые обитали на Земле много миллионов лет назад, мы можем убедиться в том, что живой мир нашей планеты не всегда был таким, каким он представляется нам сейчас, в давно прошедшие времена Землю населяли иные животные и растения.

Великий английский ученый Чарлз Дарвин доказал, что современные нам растения и животные, в том числе и человек, произошли от более низко организованных, менее сложно устроенных живых существ, когда-то населявших Землю. Эти живые существа, в свою очередь, берут начало от еще более просто устроенных организмов, живших раньше их. Так постепенно, спускаясь со ступеньки на ступеньку, мы придем к началу жизни, к тем наипростейшим живым существам, которые явились родоначальниками всего живого на Земле. Но как же возникли эти наипростейшие живые существа?

Лет сто назад решение этого вопроса казалось очень простым. В то время считали, что мельчайшие организмы, бактерии, могут самозарождаться -- сами собой возникать из безжизненных материалов. Эти утверждения доказывали опытом -- брали какой-нибудь растительный отвар или мясной бульон. Сразу же после его изготовления в нем не было никаких живых микроорганизмов: все они погибали при кипячении. Но стоило только этому бульону некоторое время постоять в теплом месте, как в нем появлялись многочисленные бактерии и другие микробы. Считалось, что они здесь самозарождаются из растворенных в бульоне веществ.

Однако в середине прошлого века французский ученый Луи Пастер точными опытами опроверг это мнение. Он доказал, что тут нет никакого самозарождения. В бульоны и настои из воздуха незаметно для нас попадают зародыши микробов, которые находят здесь благоприятные для себя условия и быстро начинают расти и размножаться. Пастер доказал, что все, даже наипростейшие известные нам живые существа, родятся теперь только от себе подобных.

Тем не менее мы не сомневаемся, что жизнь зародилась у нас на Земле из безжизненной материи. Но она возникла не сразу и не так просто, как это казалось сторонникам теории самозарождения. Даже наипростейшие живые существа устроены настолько сложно, что они не могут внезапно возникать из разлагающихся жидкостей и настоев. Процесс возникновения живых существ из мертвых, безжизненных веществ -- самый сложный и самый длительный из всех процессов, которые когда-либо происходили в природе. Он начался в первые, весьма отдаленные от нас периоды существования Земли и продолжался многие и многие миллионы лет.
Из солнечного вещества
Примерно три миллиарда лет назад вследствие мощных разрядов атомной энергии внутри Солнца от его поверхности стали отрываться раскаленные газовые сгустки, из которых в дальнейшем сформировались планеты -- спутники Солнца.

Тот газовый сгусток, из которого возникла наша Земля, был сравнительно маленьким образованием в мире звезд. Он легко остывал, рассеивая свое тепло в холодное межпланетное пространство. При этом пары наиболее легко сжижаемых веществ сгущались в капли, которые падали к центру тяжести газового сгустка и здесь образовывали центральное ядро будущей планеты.

Наряду с другими элементами солнечной атмосферы в состав газового сгустка, из которого формировалась Земля, вошел и углерод. Среди всех других элементов углерод выделяется своей исключительной тугоплавкостью. Поэтому при формировании нашей планеты из раскаленных газовых масс пары углерода довольно скоро сгустились в капли, которые выпали в виде раскаленного дождя и вошли в состав первичного земного ядра. Сюда же вошли и другие наиболее тугоплавкие вещества и в первую очередь различного рода тяжелые металлы, в частности железо, которое в громадных количествах находится в солнечной атмосфере.

Внутри доменной печи при тех высоких температурах, при которых происходит выплавка чугуна, углерод кокса соединяется с железом руды, образуя так называемые карбиды железа. Подобного же рода соединения углерода с металлами возникли в разбираемую нами эпоху и в недрах Земли.

При последующем охлаждении на первичное земное ядро стали отлагаться и другие, более трудно сжижаемые соединения различных элементов. Они образовали мощные рудные и горные оболочки, которые закрыли центральное ядро Земли.

Присутствие карбидов в недрах нашей Земли не подлежит сомнению. Но сейчас эти соединения углерода с металлами отделены от нас такой мощной корой, что лишь в очень редких случаях мы наблюдаем их выход на земную поверхность. Иначе дело обстояло в раннюю эпоху существования нашей планеты. Тогда оболочка горных пород была сравнительно тонкой и непрочной. Она легко морщилась и разрывалась под влиянием еще очень бурной деятельности расплавленных земных недр, карбиды центрального ядра извергались на земную поверхность и здесь приходили в соприкосновение с тогдашней земной атмосферой, существенно отличавшейся от современной.

Современная атмосфера, тот воздух, который нас сейчас окружает, состоит в основном из кислорода и азота. Но тогда атмосфера Земли не содержала в себе ни одного из этих газов. Она почти полностью состояла из перегретого водяного пара. Вся вода современных рек, озер, морей и океанов в виде пара окутывала раскаленный земной шар мощной оболочкой. С этим перегретым паром и пришли в соприкосновение извергнутые на земную поверхность огненно-жидкие карбиды, что привело к образованию очень важных соединений, так называемых углеводородов.
Вещества живых организмов
Еще великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в свое время доказал, что при взаимодействии карбидов, в частности карбидов железа с водяным паром, элемент углерод, входящий в состав карбидов, соединяется с водородом, входящим в состав воды, и при этом образуются углеводороды.

Углеводороды же таят в себе громадные возможности. Это вещества, которые способны претерпевать самые разнообразные химические превращения. Используя их как исходный материал, мы можем в наших лабораториях искусственно приготовить те вещества, из которых построены тела животных и растений. Из углеводородов и воды химик может создать жиры и сахар, нежнейшие краски и тончайшие ароматы цветов. Используя еще азот аммиака, он может приготовить даже вещества, подобные самым сложным химическим соединениям -- белковым веществам. И что особенно важно: образовавшиеся из углеводородов более сложные вещества, в состав которых входит элемент углерод, способны претерпевать химические превращения не только при очень высоких температурах, но и в очень мягких условиях.

Вот эти-то свойства соединений углерода -- чрезвычайное разнообразие химических процессов, в которых они могут участвовать, и та легкость, с которой эти процессы осуществляются, -- и послужили причиной того, что именно соединения углерода стали главными веществами, из которых возникли живые организмы. Потому-то соединения углерода и называют «органическими веществами».

Первоначально углеводороды находились в виде газов во влажной атмосфере Земли. Но наша планета постепенно остывала, и когда температура ее поверхности приблизилась к 100 градусам, водяной пар стал сгущаться в капли и в виде дождя устремился на горячую пустынную поверхность Земли. Мощные ливни хлынули на Землю, затопили ее и образовали первородный горячий океан. Находившиеся в атмосфере углеводороды тоже были увлечены этими ливнями и перешли в воды океана. Что с ними произошло дальше?

В настоящее время удалось доказать, что указанные выше превращения углеводородов в разнообразные органические соединения могут происходить в очень простых условиях, при простом хранении водных растворов углеводородов и их производных. Такого же рода химические превращения должны были происходить и в теплых водах первичного океана, который омывал безжизненную еще тогда Землю. Углеродистые соединения медленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые химические взаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись. Появлялись органические вещества все более сложного состава и строения, со все более сложными и удивительными свойствами.

Так постепенно в течение многих и многих тысячелетий сформировался тот материал, те сложнейшие органические вещества (в частности, белки), из которых в настоящее время построены живые организмы.

Однако это был еще только материал. Чтобы стать живым существом, этот материал должен был приобрести необходимое строение, определенную организацию.

Процесс возникновения жизни вступал в свою решающую стадию.

Изучая эти образования, можно установить, что несмотря на свое жидкое состояние, коацерватные капельки обладают некоторым внутренним строением, некоторой организацией, правда, еще очень простой и весьма неустойчивой. Но благодаря этой организации они способны улавливать из окружающего раствора различные вещества. В результате этого каждая коацерватная капелька при благоприятных условиях может увеличиваться в объеме и весе, то есть она может расти.

Такого рода капельки должны были возникнуть и в первичном океане Земли. Ведь они образуются при простом смешивании белковых веществ. Попытаемся мысленно проследить за дальнейшей судьбой этих впервые возникших коацерватных капелек.

Прежде всего обратим внимание на то, что они плавали не просто в воде, а в растворе разнообразных органических веществ. Они улавливали эти вещества и таким образом росли. Но скорость роста отдельных капелек была не одинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой капельки, а разные капельки обладали различной организацией. Одни из них вбирали в себя органические вещества окружающего раствора быстро, тогда как другие -- медленно. Но эти неудачники не могли существовать долго. Вскоре они распадались, и заключенные в них органические вещества вновь переходили в окружающий раствор и поглощались более совершенными по своему строению капельками. Эти последние, напротив, быстро разрастались.

Так возник естественный отбор наиболее совершенных по своему строению капелек. Неудачные формы организации сами собой уничтожались, исчезали с лица Земли. В водах первичного океана сохранялись только такие коацерваты, внутреннее строение которых из поколения в поколение делалось все совершеннее, все более и более приспособленным к быстрому поглощению органических веществ, к усвоению их, к быстрому росту и размножению.

Но чем дальше шел этот процесс, чем меньше оставалось органических веществ в водах океана, тем все строже и строже становился естественный отбор. Между капельками возникла прямая борьба за существование. Более просто устроенные, менее приспособленные капельки в этой борьбе рано или поздно погибали. Расти и размножаться далее могли только такие образования, которые в результате последовательных превращений приобрели очень сложное, но вместе с тем и очень совершенное внутреннее строение.

Но это уже не были простые коацерватные капельки. Это были первичные организмы, простейшие живые существа -- родоначальники всего живого на Земле.
Растения отделяются от животных
Строение этих простейших организмов было значительно совершеннее коацерватных капелек. Но все же оно было несравненно проще даже самых простых из известных нам в настоящее время живых существ. Естественный отбор, о котором мы говорили выше, продолжался и с появлением жизни. Проходили годы, века, тысячелетия, и строение живых существ все более и более улучшалось и приспособлялось к тем внешним условиям, в которых им приходилось жить. Они делались все более и более организованными.

Вначале питанием для них служили только органические вещества. Но с течением времени число живых существ все возрастало, а количество готовых органических веществ в океане все уменьшалось. Первичные организмы должны были или погибнуть, или выработать в себе способ строить органические вещества из материалов неорганической природы, содержащих углерод. И некоторым живым существам это действительно удалось. В процессе последовательного развития они выработали в себе способность поглощать энергию солнечного луча, за счет этой энергии разлагать углекислоту и из ее углерода строить в своем теле органические вещества. Таким образом и возникли простейшие растения -- сине-зеленые водоросли, остатки которых мы можем сейчас обнаружить в древнейших отложениях земной коры.

Другие живые существа сохранили прежнюю форму питания, но для того чтобы не погибнуть, они стали поедать водоросли, используя те органические вещества, которые в них образовались. Так возник в своем первоначальном виде мир животных.

Конечно, эти простейшие растения и животные еще очень мало напоминали привычные нам современные растения и животных. Но главная разница между ними была та же, что и теперь. Первичные растения обладали способностью создавать с помощью солнечных лучей сложные органические вещества из углекислоты и воды. Первичные животные были не способны сами создавать необходимые им органические вещества и вынуждены были получать их от растений.

Подобно тому как коацерваты приобрели новые свойства по сравнению с теми, которыми обладали вошедшие в их состав отдельные белковые вещества, так и свойства объединенных в сообщества клеток стали неизмеримо сложнее и разнообразнее каждой клетки в отдельности. Отдельная клетка сама осуществляла все необходимые жизненные процессы. В клеточных сообществах эти процессы разделились между различными клетками. Одни из них приспосабливались для обнаружения пищи, другие -- для поглощения ее, и так далее. Каждая клетка в сообществе утрачивала былую универсальность, но зато свою узкую задачу она выполняла гораздо лучше, чем прежде. А от этого выигрывает все сообщество в целом. Кроме того, объединение в сообщество, специализация клетки на каком-нибудь одном процессе, дало огромные возможности изменения, совершенствования организмов.

До этого универсальность каждой клетки ограничивала возможность ее совершенствования, так как она не могла развивать ни одну из своих способностей за счет другой.

Так шаг за шагом живые организмы становились все сложнее и разнообразнее. В течение эозойской эры, которая насчитывает многие и многие миллионы лет, население Земли изменилось до неузнаваемости. Мощные водоросли заселили воды морей и океанов, в их зарослях появились многочисленные медузы, моллюски, иглокожие и морские черви. Жизнь вступила в новую, палеозойскую эру -- эру «древней жизни», которая длилась более трехсот миллионов лет.

В начале этой эры единственной ареной жизни было еще только море. Только в воде развивались тогда разнообразные водоросли и многочисленные морские животные, в частности рыбы. Однако во второй половине палеозоя растения и животные начинают быстро заселять сушу. В болотистых лесах каменноугольного периода вырастают гигантские хвощи, древовидные папоротники и плауны. Несколько позднее появляются хвойные деревья и цикадовые пальмы. Вместе с тем все многочисленнее и разнообразнее делается и животное население суши. Появляются земноводные, а затем и пресмыкающиеся.

Последующая за палеозоем мезозойская эра, эра «средней жизни», длившаяся приблизительно 135 миллионов лет, явилась периодом расцвета пресмыкающихся. Гигантские динозавры и игуанодоны владели сушей. В морях плавали плезиозавры и ихтиозавры, а в воздухе летали безобразные птеродактили.

К концу мезозойской эры путем последовательного развития пресмыкающихся возникли птицы и млекопитающие. Их царством явилась последняя, кайнозойская эра, по-русски -- эра «новой жизни», которая продолжается и сейчас. Лишь в последнем, четвертичном периоде этой эры, приблизительно около миллиона лет назад, на Земле появился человек и создался весь тот мир живых существ, который мы наблюдаем сейчас.
Экзобиология - это одно из направлений космической биологии; занимается поисками и живой материи и органических веществ в космосе и на других планетах. Цель экзобиологии состоит в получении прямых или косвенных данных о существовании жизни в космосе. Основанием для этого служат находки предшественников сложных органических молекул (сенильной кислоты, формальдегида и др.), которые обнаружены в космическом пространстве стереоскопическими методами (всего найдено до двадцати органических соединений). Методы экзобиологии различны и рассчитаны не только на обнаружение инопланетных проявлении жизни, но и на получение некоторых характеристик возможных внеземных организмов.

Для предположения о существовании жизни во внеземных условиях, например на других планетах Солнечной системы, важно выяснить способность выживания организмов при экспериментальном воспроизведении этих условий. Многие микроорганизмы могут существовать при близких к абсолютному нулю и высоких (до восьмидесяти - девяносто пяти градусов Цельсия) температурах; их споры выдерживают глубокий вакуум и длительное высушивание. Они переносят гораздо большие дозы ионизирующего излучения, чем в космическом пространстве.

Внеземные организмы, вероятно, должны обладать более высокой приспособляемостью к жизни в среде, содержащей малое количество воды. Анаэробные условия не служат препятствием для развития жизни, поэтому теоретически можно предположить существование в космосе самых различных по свойствам микроорганизмов, которые могли адаптироваться к необычным условиям, вырабатывая различные защитные приспособления. Эксперименты, осуществленные в России и США, не дали доказательств существования жизни на Марсе, Венере и Меркурии, маловероятна она и на планетах-гигантах, а также их спутниках. В Солнечной системе жизнь есть, вероятно, лишь на Земле. Согласно одним представлениям, жизнь вне Земли возможна только на водно-углеродной основе, свойственной нашей планете. Другая точка зрения не исключает и кремниево-аммиачной основы, однако, человечество пока не владеет методами обнаружения внеземных форм жизни. Так же возможно присутствие инопланетной жизни на Земле в глубокой древности. По одному предположению в Древнем Египте тоже присутствовала внеземная жизнь и подтверждение этому - пирамиды. Как египтяне могли с такой геометрической точностью отесать блоки камней величиной с двухэтажный дом? Теоретически это возможно, но практически...

Многие древние цивилизации настолько поражают нас своей грандиозностью, что порой поверить в то, что это сделали люди, невозможно. В задачи современных космических центров входит не только изучение планет Солнечной системы, но и установление контакта с иноземными формами жизни. Последняя из предпринятых попыток американскими учеными послать зонд на Марс сначала считалась проваленной. Но через некоторое время, когда его посчитали уже не дееспособным, он отозвался с пустынной планеты. Что это, случайность? Так же не так давно ученые с помощью зонда смогли собрать образцы с поверхности Марса, в которых были обнаружены следы от каких то тел, либо это были просто деформации поверхности. В общем, много непонятного и неизвестного мы узнаем, благодаря экзобиологии и новейших космических достижений, и это создает еще больше неразрешимых вопросов.

Конец формы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

(ДВФУ)

по дисциплине

Концепции современного естествознания

Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»

Форма подготовки – очная/заочная

г. Владивосток

2012

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Практическое занятие № 1:

Введение в курс «Концепции современного естествознания»

Организационное занятие. Структура и задачи семинаров. Обсуждение основных тем практических занятий. Формулирование и распределение вопросов. Характеристика контрольных мероприятий.

Что такое система и системная организация. Уровни организации живых систем. Клетка как элементарная живая система. Обмен веществ и энергии. Аутотрофные организмы. Гетеротрофные организмы. Запасание и использование энергии в клетке с помощью АТФ. Энергетическая (пищевая) пирамида живой природы Белки как структурно-функциональная основа живой материи. Гены и генетический код. Внутриклеточный механизм синтеза белков. Репликация ДНК. Размножение клеток и их дифференцировка в многоклеточном организме. Половое размножение организмов. Бесполое (вегетативное) размножение организмов. Индивидуальное развитие организма.

Эволюционная парадигма в современном естествознании. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Этапы и хронология жизни на Земле: архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Современное биоразнообразие. Филогенез и факторы биологической эволюции. Доказательства животного происхождения человека. Предпосылки возникновения человека. Единство биологического и социального в природе человека. Ступени эволюционного развития человека, его филогенетические предшественники и современные «родственники». Природа человеческого сознания: отражение, условно-рефлекторная деятельность, ассоциативное мышление, эмоции и чувства, абстрактное мышление и речь. Здоровье человека.

Биосфера как глобальный биогеоценоз. Геофизические границы биосферы. Биогеохимическая целостность биосферы. Устойчивость и развитие биосферы. Переход от биосферы к ноосфере. Техносфера, ее состав и границы. Противоречия сосуществования техносферы и биосферой. Экологические катастрофы и кризисы. Антропогенные катастрофы, кризисы и революции в истории человечества. Современный экологический кризис: истощение невозобновляемых и возобновляемых природных ресурсов, химическое, радиационное и тепловое загрязнение окружающей среды, разрушение литосферы. Фундаментальная роль литосферы в биогеохимических циклах. Индустриальное разрушение и загрязнение литосферы вширь и вглубь. Глобализация современного экологического кризиса. Демографический взрыв и продовольственный кризис. Пути выхода из современного экологического кризиса. От антропоцентризма к биоцентризму. Биоэтика.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

(ДВФУ)

по дисциплине

Концепции современного естествознания

Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»

Форма подготовки – очная/заочная

г. Владивосток

2012