Союз культуры, науки, религии

Большая часть Земли занята океанами и морями, в которых сосредоточена главная масса зеленого живого вещества, трансформирующего солнечную энергию в земную химическую. Это зеленое вещество распылено на мириады микроскопических, всюду проникающих, зеленых одноклеточных водорослей, свободно плавающих в безбрежных водах морей и океанов; главная их масса сосредоточена на глубинах 20 – 50 м. Поверхность Земли равна 5,1 – 108 км2; суша занимает около 30% ее поверхности. Из всей солнечной энергии (равной 4х1030 больших калорий в год) Земля получает только 1,66х1021 больших калорий в год, по данным шведского физика-химика С. Аррениуса. Значительная часть солнечной энергии захватывает атмосферой и только 6,7х1020 калорий достигает земной поверхности; большая часть ее идет на тепловые процессы земной коры, а меньшая находится в распоряжении зеленой растительности.

В работе «круговорот вещества в природе и его изменение хозяйственной деятельностью человека» (под редакцией А.М. Рябчикова; М., 1980 г.) отмечалось, что к концу 20 в. по приблизительной оценке в результате техногенеза (добыча руд и нерудных ископаемых, перемещение пустой породы, грунтов) в год переносились 2 – 3х1011 тонн минерального вещества. В книге А.М. Рябчикова «Структура и динамика геосферы» (М., 1972 г.) отмечено, что техногенный выброс из шахт на поверхность огромных масс полезных ископаемых и пустой породы соизмерим с естественными излияниями вулканической лавы.

История науки показывает, что вопросы существования в истории земной коры безжизненных (азойных) периодов, начало жизни, абиогенез (создание живого из мертвой, косной материи) зародились в религиозно-философских исканиях человечества. Древнейшие архейские слои земной поверхности дают косвенные признаки существования жизни; древние альгонские породы, может и археозойские, сохранили отпечатки и явные следы организмов. Наряду с богатыми жизнью палеозоем, мезозоем, кайнозоем, выделяют еще и археозой, к которому принадлежат самые древние, доступные и известные, части земной коры. Эти слои оказываются свидетелями древнейшей жизни, длящейся около 2 млрд. лет.

Минералы верхних частей земной коры: свободные алюмокремнивые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси железы и алюминия (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других – создаются в ней только под влиянием жизни.

Существование живых организмов определяется физико-химическими свойствами их вещества, свойствами окружающей их внешней среды, приспособляемостью организма к этим условиям. Важны также условия дыхания и питания для организма; основным элементом в этом является источник, откуда берут организмы нужные для их жизни вещества, и с этой точки зрения организмы делятся на 2 резко различные группы: 1) гетеротрофные и миксотрофные организмы (живой вещество 2-го порядка); 2) автотрофные организмы (живое вещество 1-го порядка). Деление организмов по их питанию на 3 группы было введено в 1880-х гг. немецким физиологом В.Пфеффером.

1) 

Гетеротрофные

организмы используют как пищу для жизни органические соединения, созданные другими живыми организмами. Для их существования необходима предварительная работа автотрофных организмов. В

миксотрофных

организмах пищей (по отношению к углероду и азоту) служат соединения, созданные живыми веществами и химическими реакциями косной материи. Огромно значение богатых азотом соединений, создаваемых гетеротрофными и миксотрофными организмами как в питании организмов, так и в создании минералов (битумов).

2) 

Автотрофные

организмы строят свое тело из веществ косной, «мертвой» природы; все их «органические» соединения, содержащие азот, кислород, углерод, водород, составляющие главную массу их тела, берутся из минерального царства. Автотрофные организмы получают нужные им для существования элементы из таких форм косной материи, которые бы отсутствовали, если бы жизнь организмов уже не создала их раньше. Так, зеленые автотрофные организмы требуют для своего существования присутствия свободного кислорода, который и создается ими самими из воды и углекислоты. Мыслимы переходы, например, для «

сапрофитов

», питающихся умершими и разложившимися организмами. Однако для «саприфитов» может быть основная пища всегда состоит из проникающих в трупы и остатки организмов живых микробов. Понятие «автотрофного» организма ограничено современной биосферой, исключая возможность выводов о прошлом Земли – о возможности начала жизни на Земле.

Среди автотрофных организмов можно различать 2 резко отличные группы: 1) зеленые хлорофилльные организмы, зеленые растения; 2) мир мельчайших, быстроразмножающихся бактерий.

В археозое не имеется остатков зеленых организмов; они непрерывно идут, начиная с палеозоя, и указывают на резкое развитие вплоть до нашего времени бесчисленного множества их форм. Меньшие количества живого вещества собраны в форме лишенных хлорофилла автотрофных бактерий, открытие которых в конце 19 в. было осуществлено С.Н. Виноградским. Существование зеленых автотрофных организмов стало ясным в конце 18 в. – начале 19 в., и в 1940-х гг. благодаря работам Ж. Буссенго, Ж. Дюма, Ю.Либиха вошло в научное сознание. Автотрофные бактерии играют большую роль в геохимической истории серы, железа, азота, углерода, но они не очень разнообразны, хотя и рассеяны всюду (в почвах, в иле водных бассейнов, в морской воде); но нигде нет их тех количествах которые были сравнимы с количеством автотрофной зеленой суши, не говоря уже о зеленом планктоне мирового океана. Кинетическая геохимическая энергия, вычисленная на 1 га одинакова для одноклеточных зеленых водорослей и для бактерий, но водоросли могут достигать наибольшего стационарного состояния в десятки дней, а бактерии в благоприятных условиях достигают их за 36 – 48 часов. В океанах такие равновесия наблюдаются между автотрофными бактериями, окисляющими азот, и гетеротрофными организмами, раскисляющими нитраты.

Главная масса живого вещества сосредоточена в освещенной солнечным светом части планеты, в биосфере – в области жизни; при этом сгущение жизни тем больше, чем ярче это освещение. Здесь собраны гетеротрофные организмы и автотрофные бактерии, т.к. в своем существовании они тесно связаны с продуктами жизни зеленым организмов (свободный кислород прежде всего) или с создаваемыми ими сложными органическими соединениями. В свою систему организм вводит необходимые количества химических элементов. В неисчислимых биологических явлениях наблюдается проявление закона бережливости. Атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, захваченные жизненным вихрем, могут и не вернуться назад, в косную материю биосферы. Организмы, поедающие других, паразиты, организмы симбиозов и сапрофиты вновь переводят в живую форму материи только что выделенные остатки жизни. Новые поколения, получаемые размножением, улавливают атомы в изменяющейся среде, удерживая их жизненных вихрях. Это имеет место на протяжении всего круга жизни, сотни миллионов лет.

Пределы жизни.

Поле устойчивости жизни определяет область, в которой жизнь может достигнуть полного развития. Характерным свойством живого вещества является его изменчивость, его способность приспособляться к условиям окружающей среды. Поле устойчивости жизни, связанное с изменчивостью жизни, является гетерогенным (неоднородным). Оно резко делится на 2 поля: гравитационное поле, более крупных организмов, и поле молекулярных сил, к которому относятся мельчайшие организмы – микробы, жизнь которых, и в особенности движения, определяются не тяготением, а излучениями – световыми и др. Важнейшими признаками, характеризующими эти оба поля, являются: температура, давление, фаза и химизм среды, лучистая энергия.

Самая высокая температура, которая выдерживается без смерти организма некоторыми гетеротрофными существами, особенно в латентной форме их бытия, например, спорами грибов, приближается к 140оС (с учетом сухой или влажной среды). В опытах М.Христена споры почвенных бактерий выдерживали нагревание, не теряя жизни, до 130оС в течение 5 мин., до 140оС – в течении 1 мин. Опыты в Дженнеровском институте в Лондоне указали на устойчивость (в жидком водороде) спор бактерий в течение 20 час. при -252оС. В опытах А.Беккереля споры плесневых грибков в безвоздушной пространстве не теряли жизнеспособности в течение 3 суток при –253оС. Опыты Г.В.Хлопина и Г.Таманна указали, что плесневые грибы, бактерии, дрожжи выдерживают давление до 3 тыс. атмосфер без всякого видимого изменения своих свойств. Жизнь дрожжей сохраняется 8 тыс. атмосфер давления.

Безжизненной является среда, в которой распространяются ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 0,3 мм. Опыты А.Беккереля, что эти лучи убивают в течение короткого промежутка времени все формы жизни. Среда, в которой они находятся (межпланетное пространство) непроходима для всех форм жизни, приспособившихся к биосфере, хотя ни температура, ни давление, ни химический ее характер не препятствуют нахождению жизни в ней. Открытие Л.Пастером анаэробных организмов указало на существование жизни в среде, лишенной свободного кислорода. Установлением С.Н.Виноградским автотрофных организмов выяснило возможность существование жизни в отсутствие готовых органических соединений, в чисто минеральной среде. В пределах термодинамического поля существования жизни, разные ее формы могут находиться без вреда в самых разнообразных химических средах. Bacillus boracicola, живущая в горячих борных источниках Тосканы, может жить в насыщенном растворе борной кислоты, она свободно выдерживает 10%-ный раствор серной кислоты при обычной температуре. Известен целый ряд организмов, главным образом плесневых грибов, которые живут в крепких растворах различных солей, гибельных для других организмов. Есть грибки, живущие в насыщенных растворах купороса, селитры, ниобата калия; дрожжи живут в растворах фтористого натрия. Личинке некоторых мух выживают в 10%-ном растворе формалина. Существуют бактерии, размножающиеся в атмосфере свободного кислорода. Но это верно лишь для гетеротрофных организмов. Развитие зеленых организмов требует присутствия свободного кислорода, хотя бы растворенного в воде. Крепкие соляные рассолы не дают возможности развития этих форм жизни. Хотя некоторые формы жизни, в латентном (споры, зерна – скрытая жизнь) ее состоянии, могут находиться без гибели в среде, лишенной воды; вода в капельно-жидком и газообразном состоянии является необходимым условием для роста и размножения организмов, для их появления в биосфере. Для жизни необходима природная, а не химически чистая вода. В природных водах (пресных или соленых) количество органических растворенных соединений сильно колеблется. Они вызывают морскую или иную пену природной воды, их проявлением являются тонкие цветные пленки на водных поверхностях, они дают окраску болотных, тундровых рек и озер, черных и бурых рек тропических и подтропических областей.

В условиях биосферы недоступны для жизни кратеры вулканов во время извержения и не застывшие еще с поверхности лавы. В земном поле устойчивости жизни отвечают область временного проникновения (без быстрой гибели) живых организмов, и область длительного их существования, связанного с проявлением размножения. В своем существовании жизнь защищена озоновым экраном от губительных ультрафиолетовых лучей. По наблюдениям А.Гумбольда, птица кондор в полете поднимается до 7 км от земной поверхности; он наблюдал мух на вершине горы Чимборасо (5882 м). Вдали от горных вершин и даже в горных областях птицы не залетают выше 5 км (над уровнем моря). Наблюдения летчиков показывают поднятие орла до 3 км. Бабочки наблюдались на высоте 6,4 км, пауки – до 6,7 км, тля – до 8,2 км. Деревни, постоянные поселения человека встречаются на высоте 5,1 – 5,2 км (Перу, Тибет), железные дороги – на высоте 4,77 км (Перу), его возделанные поля – на высоте 4,65 км.

Появление жизни.

При «абиогенной стадии развития» на Земле механизм геосфер или протопланетная масса вырабатывали, постоянно усложняясь, преджизнь (в форме коллоидов, специфических жидких или твердо-жидких кристаллов); появление биосферы и живого вещества знаменовало собой переход поверхностных оболочек планеты в новое состояние. Биосфера стала осваивать все более высокие уровни организованности и энергоемкости, захватывая новые массы косного вещества и вовлекая их в биотические круговороты, о чем можно судить по результатам запечатленным в земной коре – каменной летописи планеты, области былых биосфер. Но живое вещество проявляет активность в узком диапазоне температур, приблизительно от точки замерзания до точки кипения воды (0 – 100оС). К тому же оно нуждается в постоянном притоке энергии из вне, с учетом качества энергии и форм ее проявления.

Земные растения используют менее 1% поступающей на Землю солнечной энергии. Способности живого вещества, материи использовать все экологические возможности, предоставляемые биосферой. Так, обитатели средней полосы России переносят ежегодную холодную зиму: часть животных впадает в зимнюю спячку, а растения приспособились выдерживать сильные морозы. В горячих источниках, в рассолах, в безводных пустынях обитают живые существа. Это примеры освоения экологических ниш отдельными группами организмов. Живое вещество стало играть роль своеобразного глобального «полупроводника», через который течет лучистая энергия солнца, частично удерживаемая в приповерхностной оболочке и накапливающаяся в земной коре. Биохимик Э.Брод в книге «Эволюция биоэнергетических процессов» (М., 1978 г., с. 69, 70) пишет, что о величине энергетического потенциала живого вещества можно судить по производству энергии на единицу массы. Человек весом 70 кг, потребляющий 3000 ккал в день вырабатывает 2 х 10-3 Дж/г.с, т.е. в 10 тыс. раз больше, чем единица солнечной массы (2 х 10-7 Дж/г.с); азотобактерия же в том отношении почти во столько же раз активнее человека (10 Дж/г.с). Оценивая стоимость ежедневно производимой человеком массы высокоэнергетического нуклеотида АТФ, активнейшего участника синтеза белкой и нуклеиновых кислот, с учетом быстрой оборачиваемости биохимических циклов АТФ в организме (около 1 тыс. оборотов в сутки), Э. Брод рассчитал, что человек производит около 75 кг АТФ. Техническое получение такого количества АТФ обходилось в 1970-е гг. примерно в 150 тыс. долларов США. Но азотобактерия по этому показателю, по эффективности производства АТФ примерно в 1-2 тыс. раз превосходит человека.

В биосфере обитают миллиарды миллиардов живых микроскопических «сверхсолнц», распространяющих в окружающее пространство собственную биомассу и биопродукцию. Внешние силы (в т.ч. гравитация и пр.) сдерживают стремление живого вещества к беспредельному распространению в биосфере, создавая напряженное динамическое равновесие («эффект пружины»). Этим определяется направленность эволюции жизни и биосферы, их неизбежность переходов в новые, более совершенные энерго-информационные состояние. Так электрон, получив квант энергии, переходит на более высокий энергетический уровень.

Ограниченность биосферы стимулировала ее внутреннюю реорганизацию. Стали появляться все более сложно организованные биологические микро- и макросистемы и, наконец, оформилась группа животных, обладающих наивысшими интеллектуальными способностями, отмечают в своих книгах Г.Ф.Хильми «Основы физики биосферы» (Л., 1966 г.) и Т.Шарден «Феномен человека» (М., 1965 г.). В процессе жизни, в т.ч. человеком, поглощается часть накопленной биоэнергии и со временем некоторые биологические ресурсы начали скудеть. Что обусловило переход человека к более рациональной системы природопользования, к искусственному воспроизводству растений и животных, т.е. к созданию техногенных «биохранилищ» энергии.

Атмосфера.

Первичная (архейская) атмосфера, по распространенным представлениям была восстановительной и состояли из метана, аммиака, углекислого газа, водяного пара; в числе микроэлементов находился и кислород. С появлением органического фотосинтеза началось постепенное увеличение кислорода в атмосфере. Одновременно уменьшалось содержание углекислого газа отмечает М. Руттен в книге «Происхождение жизни» (М., 1973 г., с. 353, 355). Первичная атмосфера обладала свойствами саморазвивающейся системы. Опыты показывают, что в смеси газов, соответствующей предполагаемой проатмосфере, содержащей метан, аммиак, воду и водород, при воздействии электрических разрядов появляются сложные углеводороды – альдегиды, молекулы аминокислоты, а также цианистый водород. Из атмосферы молекулы должны были попасть в кору выветривания (или, как предполагается, в первичный океан), «прилепиться» к коллоидным частицам. Для ступени, достигнутой атмосферой в фанерозое (последние 600 млн. лет.), по ряду расчетов характерны не менее 2-3 волн повышения и понижения содержания кислорода, а также колебания содержания углекислого газа, связанные с накоплением углерода растениями и активизацией вулканизма. Одно из свидетельств в пользу высокого (превышающего современный уровень) содержания кислорода в прошлом – существование гигантских бабочек в каменноугольное время и общее уменьшение с той поры размеров насекомых, обладающих трахейным дыханием.

В структуре атмосферы выявляются озоновый экран, радиационные пояса, углекислый газ в верхах тропосферы. Значительная часть коротковолнового и корпускулярного излучения Солнца, губительного для живого вещества, задерживается очень высоко над земной поверхностью в магнитосфере, ионосфере и т.п. Кислород поступает в атмосферу от фотосинтеза (4,67.1011 тонн в год). Мощный регулятор содержания кислорода в атмосфере – океан. Постоянно растет потребление кислорода при сжигании топлива, окислении почв и техногенных металлов. В книге «Геохимия окружающей среды» А.А. Беуса и др. (М., 1976 г., с. 65) отмечается, что на это уходит кислорода не менее 9.109 тонн в год. До 1967 – 1969 гг. израсходовано в техногенезе 273 млрд. тонн кислорода и продуцировано 322 млрд. тонн углекислого газа отмечает Ф.Ф. Давитая в книге «Атмосфера и биосфера – прошлое, настоящее, будущее» (Л., 1975г., с. 18). Для кислорода это количество составляет 0,0182% от общего содержания в атмосфере (величена, не обнаруживаемая при наблюдениях), а для углекислого газа – 14 %. По мнению Ф.Ф. Давитая, убыль кислорода достигнет катастрофических размеров примерно к 2060-м гг., если процесс будет идти с прежним ускорением (израсходуется 2/3 запасов кислорода). Рост содержания углекислого газа скажется значительно раньше в 1-ю очередь из-за экранирующего «парникового» эффекта (уменьшение атмосферного «окна», пропускающего теплового излучение Земли). При сгорании топлива в техносферу с твердыми частицами поступают свинец, хлор, бром, ртуть, кадмий и др. Химические предприятия выбрасываю в атмосферу ядовитые для живого вещества. При сельхозработах (особенно с помощью авиации) в воздух поступают ядовитые пестициды (в т.ч. карбофос).

Гидросфера.

Воды гидросферы по своей массе преимущественно сосредоточены в Мировом океане (1,37х109 км3), а также в трещинах и порах литосферы (6х107 км3). Наименьшее количество воды – в реках (1,2х103 км3) и в атмосфере (1,4х104 км3). Но по активности водообмена соотношение обратное: обновление подземных и океанических вод проходит в течение тысячелетий, а речных и атмосферных – за считанные дни. В годовом балансе вод на 1-м месте атмосферные(5,25х105 км3/год), океанические – только на 2-м месте (4,52х105 км3/год), т.е. основное водообмен идет между атмосферой и Мировым океаном, ведь из океанических резервуаров, а также из бессточных областей суши вода может переходить только в атмосферу. В механизме геосфер очень важная функция у воды. Благодаря своим специфичным свойствам и возможности наиболее полно проявлять их в природных условиях Земли вода активно участвует и в переработке минеральных масс, и в накоплении осадкой, и в подземных метаморфических процессах, в и жизнедеятельности, и в техногенезе. Она – один из ведущих климатических факторов. Высокая теплоемкость и относительная легкость фазовых переходов делают воду «двигателем» и планетным «стабилизатором» в системе глобальных круговорот веществ. А энергия Солнца и – главный поставщик энергии, движущий механизм геосфер.

В природные воды поступают разнообразные продукты технической деятельности: нефть, нефтепродукты, химикалии, коммунальные стоки, пестициды и гербициды, тяжелые металлы, радиоактивные вещества и пр. В конце 20 в. только химудобрений попадало в океан 10 млн. тонн в год, меди – 0,38 и свинца – 0,2 млн. тонн в год. На земном шаре было создано около 1350 водохранилищ – каждое объемом более 100 млн. м3), из них в СССР – 150. Суммарный объем всех водохранилищ превышал 4100 км3 и имелось много тысяч менее крупных искусственных водоемов отмечалось в работе «Водохранилища мира» (отв. ред. Г.В. Воропаев, С.Л. Вендров – М., 1979г.).

Все геосферы Земли взаимно проникают одна в другую. Твердые частицы витают в воздухе, содержатся в водах. Газы пронизывают гидросферу и земную кору. Вода присутствует в атмосфере и содержится в литосфере и в разных формах. Геосферы выделяются главным образом по преобладающему весовому содержанию веществ, находящихся в той или иной фазе. Более дробное деление проводится по дополнительным (физическим, химических) признакам, так же как страфикация твердой массы планеты. Основатель учения о биосфере В.И. Вернадский даже считал уместным использовать понятие земной оболочки в «Избранных сочинениях» (М., 1954-1960гг. – в 6-ти т.; с.61), где записано – «более общее и сложное, чем геосфера. Она захватывает, может быть, несколько геосфер».

По своей структуре еще сложнее техносфера, охватывающая, пронизывающая и преобразующая биосферу, и в то же время выходящая за ее пределы. Она включает в себя технические системы, техногенное вещество, атмосферу, гидросферу, верхнюю часть земной коры, околоземный космос.

Активность техносферы выражается в изменении химических и физических свойств геосфер, живого вещества и т.д., а также процессов взаимодействия природных тел (механизма геосфер, биосферы).

30. Эволюционное учение. Совокупность представлений о механизмах и закономерностях исторических изменений в природе определяет эволюционное учение о постепенных изменениях. Эволюционное учение утверждает непрерывность развития всего органического мира. Истоки эволюционных воззрений восходят к глубокой древности. Философы Древней Греции и Древнего Рима (Демокрит, Анаксагор, Аристотель, Лукреций и др.) высказывали различные предложения о развитии и превращениях организмов и делали попытки определить движущие силы этих явлений. В эпоху средних веков господство религии и схоластики привело к проповедованию абсолютного постоянства всей природы (все виды, однажды появившиеся в результате божественного акта творения, навечно остаются неизменными). В 15-18 вв. при великих географических открытиях произошло накопление знаний о живой природе, что способствовало развитию систематики живых организмов. Одним из создателей классических трудов по систематике органического мира был шведский натуралист К.Линней (1707-1778гг.). Являясь сторонником господствующей теории божественного творения, К. Линней утверждал, что «каждый вид – это потомство одной пары, созданной Богом при сотворении мира», но все же допускал возможность ограниченного видообразования. Во 2-й половине 18 в. в трудах многих естествоиспытателей излагались различные гипотезы развития природы, которые сыграли прогрессивную роль в становлении естествознания. Большое влияние на материалистическое объяснение законов природы оказали французский материалисты Ж.Ламетри, Д.Дидро и К.Гельвеций, отвергавшие идею божества. Вклад в развитие эволюционных представлений внесли русские ученые М.Ломоносов, А.Радищев.

Первая попытка создания целостного учение об эволюции живых существ принадлежит французскому зоологу Ж.Б.Ламарку. В его труде «Философия зоологии» (1809г.) содержатся основные возражения против идеи вечности и неизменности видов. Изучение многообразия животных и растений позволило Ж.Б.Ламарку высказать предположение о наличии прогрессивной эволюции под воздействием меняющихся условий жизни. При этом на растения и низших животных условия жизни оказывают прямое влияние (непосредственно воздействуя на обмен веществ), а на высших животных – косвенное (воздействую на обмен веществ через нервную систему). Ламарк утверждал наследуемость приобретаемых таким образом организмами изменений. Согласно ламаркизму, органическая природа в процессе исторического развития изменяется в направлении от низших форм к высшим, объясняя это неким внутренним их стремлением к совершенствованию. Историческое развитие организмов, по ламаркизму, создает восходящую лестницу живых существ – градацию (постепенное ступенчатое усложнение организации живых существ в ходе их исторического развития). В этом проявился плоский эволюционизм Ламарка, не видевшего возможности перехода количественных изменений в качественные в процессе видообразования. Ламаркизму присущи черты деизма (лат. – Бог) – распространенное в 17-18 вв. религиозно-философское учение, допускавшее существование Бога лишь как первопричины мира и отрицавшее существование Бога как личности (теизм) и его вмешательство в жизнь природы и общества (чудеса, откровения). Деизм при своем зарождении выражал интересы буржуазии в борьбе с феодальным мировоззрением и в известной мере ограничивал и подрывал церковную идеологию. Виднейшие представители деизма (деисты) во Франции – Вольтер, Руссо, в Англии – Локк, в России – Кантемир, Новиков.