авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«Р.Е.РОВИНСКИЙ Сегодня позитивное познание вещей отождествляется с изучением их развития. П.Тейяр де Шарден. РАЗВИВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ ...»

-- [ Страница 5 ] --

Что же заставляет плиты перемещаться по поверхности планеты и откуда берется необхо димая энергия? Чтобы ответить на эти вопросы следует выявить те процессы, которые проте кают в земных недрах на всем их протяжении от ядра до коры, и установить их взаимосвязь с тем, что наблюдается на поверхности Земли. Формально эти процессы не входят в сферу пря мых интересов теории тектоники литосферных плит, но без них невозможно обосновать то, что служит предметом ее рассмотрения. Геодинамические процессы организуют в недрах Земли замкнутые конвективные течения, образующие ячейки. В таких ячейках совершается круговорот вещества планеты: восходящие потоки поднимают вещество глубин к поверхно сти, нисходящие – уносят вещество поверхности в глубину. На ранней стадии развития Земли, когда ядро было малых размеров, возможно, существовала единственная мощная конвектив ная ячейка. Изменение со временем внутренних структур, рост ядра привели к разбиению конвективного потока и появлению нескольких более узких и менее мощных конвективных ячеек. Достигающие приповерхностных слоев конвективные течения перебрасывают мостик от восходящих к нисходящим ветвям ячеек. Предполагается, что эти процессы привели к дроблению литосферы и образованию в ней системы плит. Они же заставляют плиты переме щаться по поверхности. Но не все так просто. По словам специалистов "Силы, приводящие плиты в движение, все еще как следует не поняты... Так же неясна связь между движением плит и конвекцией. Однако, связь эта почти определенно очень тесная, причем движение океанических плит представляется составной частью конвекционного цикла" [49].

Столь же предположительными остаются и источники энергии, обеспечивающие наблю даемые перемещения плит. В раннюю эпоху развития Земли глобальные перемещения веще ства в недрах предположительно могли происходить за счет энергии, поставляемой радиоак тивным распадом некоторых элементов, например, того же 40К. В наше время этот источник явно недостаточен. Взамен предлагается модель гравитационного сжатия, связанного с опус канием тяжелых фракций вещества из мантии в ядро и всплывания оттуда наверх облегчен ных силикатных составляющих. Процесс сопровождается увеличением размера ядра планеты.

После нескольких лет эйфории, вызванной безоговорочной победой мобилистских идей, началось понимание ограниченного характера теории литосферных плит, на смену которой идет новая, действительно глобальная теория Земли, более полно согласующаяся с современ ной естественнонаучной концепцией развития.

В ней центральное место занимают представ ления о процессах самоорганизации. Ограниченность существующей теории, прежде всего, связана с тем, что она охватывает только поверхностные процессы, протекающие в литосфере и астеносфере, и не касается геодинамики глубинных слоев планеты, а именно они определя ют жизнедеятельность Земли. Но охват даже этих процессов далек от полноты. Известен пе речень многочисленных явлений, не укладывающихся в схему горизонтальных движений ли тосферы, вызываемых замкнутыми конвективными потоками в недрах планеты. Подробное обсуждение таких явлений состоялось в ходе 27-го Международного геологического конгрес са, проходившего в Москве в 1984 году. Обращено внимание на то, что наряду с активной вулканической деятельностью, протекающей на границах литосферных плит, существуют вулканы и внутри самих плит. Таковы, например, цепочки вулканов Гавайских островов, Ти бета, Африки. Ученые разных стран высказывали предположение, что такие цепочки вулка нов последовательно возникают над разогретыми участками мантии, которые неподвижны, в то время как литосферная плита движется над ними. Поэтому на одном конце цепочки распо лагаются старые потухшие вулканы, а на противоположном – молодые, образовавшиеся срав нительно недавно.

Природу "горячих точек" в мантии ученые объясняют существованием стационарных вер тикальных потоков тепла и вещества, названных мантийными струями. Они поднимаются из нижней мантии в верхнюю и доставляют туда горячее вещество земных глубин. К явлениям той же природы относят внутриплитовые "горячие поля", с которыми, в частности, связывают наиболее крупные аномалии в форме земного геоида. В таких местах наблюдаются поднятия поверхности океана на 50-70 метров от строгой линии геоида. Эти и некоторые другие "ано мальные" факты ясно указывают на то, что жизнь земных недр протекает намного сложнее существующих представлений о ней.

Второе ограничение теории литосферных плит связано с отсутствием в ней исторического подхода, процессы в литосфере практически не связываются с развитием, с их изменениями во времени. Между тем, существуют данные, указывающие на то, что тектоника литосферных плит, какой мы ее знаем сегодня, существует не далее последнего миллиарда лет, а до этого господствовали иные геологические процессы. Мы становимся свидетелями рождения новой теории, исходящей из представлений о Земле, как о системе, цельном естественном теле, пре бывающем в состоянии непрерывного развития. Движущая сила развития – одновременное действие в недрах планеты конвективного круговорота тепла и вещества и однонаправленного тепломассопереноса. В разные исторические периоды и на разных глубинах господствует один из этих двух процессов. Теория исходит из оболочечного строения Земли, в котором различают три главные области: кора и верхняя мантия, в которых динамика описывается тектоникой плит;

нижняя мантия, где господствует тектоника мантийных струй;

железно никелевое ядро, разрастающееся вследствие динамических процессов, происходящих в дру гих оболочках. Каждая из оболочек, в свою очередь, слагается из отдельных открытых дисси пативных подсистем, которые при общем единстве обладают своими индивидуальными осо бенностями. Нарождающаяся теория получила условное название Глобальной геодинамики.

Ее оформление дело недалекого будущего.

Самые верхние подсистемы Земли, а это гидросфера и атмосфера, заметно отличаются от других ее систем, образующих твердое тело планеты. По массе – это незначительная часть земного шара, не более 0,025% всей его массы. Но значение этих оболочек в жизни планеты огромно и об этом говорилось в предыдущем параграфе. Гидросфера и атмосфера возникли на самой ранней стадии формирования планеты, а может быть и одновременно с ней. Нет сомне ний, что океан и атмосфера существовали 3,8 миллиарда лет назад. В отношении атмосферы долгое время господствовала гипотеза, что она появилась в результате процесса дегазации земных недр под воздействием вулканических и некоторых тектонических процессов. Теперь эту гипотезу считают несостоятельной, а основным источником, породившим атмосферу Зем ли, полагают ударную дегазацию. Так, Альвен и Аррениус, с концепциями которых мы зна комились раньше (см. 3.3), полагают, что когда Земля достигла примерно размеров Марса, начался период ее интенсивных бомбардировок планетезималями. Удары сопровождались сильными локальными разогревами, плавлением земных пород и самих планетезималей. При этом выделялись содержавшиеся в породах газы и пары воды. А так как средняя температура поверхности Земли оставалась сравнительно низкой, пары воды конденсировались, образуя растущую гидросферу, а газы образовывали раннюю земную атмосферу. В столкновениях Земля теряла какое-то количество водорода и гелия, но сохраняла более тяжелые газы. Со держание изотопов инертных газов в современной атмосфере позволяет судить о породившем их источнике. Судя по изотопному составу, атмосфера в основном порождена ударной дега зацией, а не выделением газов из глубин Земли. Идея ударной дегазации, как основного меха низма, образовавшего гидросферу и атмосферу, поддерживается многими специалистами.

Обе внешние оболочки Земли, атмосфера и гидросфера, тесно взаимодействуют друг с другом и с литосферой. На них оказывается прямое воздействие со стороны Солнца и Космо са. Каждая из двух оболочек представляет собой открытую систему, в определенной степени независимую в своих путях развития. Те, кто профессионально изучает воздушный или вод ный океаны убеждены, что объекты исследования обнаруживают удивительную тонкость ор ганизации и способность к глубокой саморегуляции. Но при этом ни одна из земных систем не выпадает из общего ансамбля, и их совместное существование демонстрирует не просто сумму частей, а новое качество.

Среди сообщества оболочек Земли особое место занимает биосфера. Она захватывает верхний слой литосферы, почти всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Значимость этой системы выходит за пределы чисто земного мирка, она представляет собой звено космическо го масштаба и требует отдельного рассмотрения.

3.6. От химической эволюции к биохимической эволюции Внешняя геологическая оболочка Земли, образующая у ее поверхности пленочный слой, названа биосферой. Этот термин ввел в науку Э.Зюсс в 1875 году. Под ним понимается сово купность заселяющих поверхность планеты сообществ растений, животных и микроорганиз мов вместе со средой обитания. Новый смысл этому понятию придал В.И.Вернадский, рас сматривавший биосферу как системное образование, как одну из геологических оболочек Земли. Биосфера сугубо земная форма жизни, поскольку сведениями о распространенности жизни во Вселенной и о возможных ее внеземных формах наука не располагает. Весь наш опыт в этой области ограничен единственным пока доступным примером Землей, но и эти знания о жизни далеки от полноты.

Может ли жизнь на Земле быть случайным для Вселенной событием, результатом совпа дения маловероятных комбинаций? Еще сравнительно недавно считалось, что такое мнение имеет право на существование. В наши дни два обстоятельства заставляют считать подобные допущения несовместимыми с новым научным мировоззрением. Во-первых, в последние де сятилетия вскрыта чрезвычайная структурная и функциональная сложность "живого" вещест ва и законов, управляющих его развитием. Высочайшая степень упорядоченности и саморегу лирования жизни не могли возникнуть из-за случайных стечений обстоятельств. Во-вторых, под напором ставших известными фактов признается, что развитие Природы носит направ ленный характер, выражающийся, в частности, в нарастании со временем сложности и упоря доченности вещества, его структур во Вселенной. Жизнь одна из самых высоких известных Человеку форм упорядоченности вещества, которая может возникнуть только по достижению Развивающейся Вселенной определенной стадии эволюции и только в таких ее локальных системах, где предыдущее развитие подготовило необходимые условия для перехода к столь высокому уровню упорядоченности. Такие условия могли возникнуть во многих локальных системах, например, на многих планетах, образовавшихся около звезд определенного типа.

Но, видимо, лишь в небольшом числе случаев потенциальные возможности реализуются и здесь велика роль случайности.

Еще в 20-х годах В.И.Вернадский утверждал, что появление жизни на Земле произошло на ранней стадии ее развития и заняло узкий интервал времени, не более пары сотен миллионов лет. В настоящее время это предположение получило убедительное подтверждение. Появле ние жизни увязывают с появлением земных океанов. Возраст Земли определен равным при мерно 4,6 миллиардов лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о существовании крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом ~3,8 миллиардов лет.

Согласно палеонтологическим данным, приводимым в [51], температура воды в первичных океанах была не слишком холодной, но и не выше 580 С. Следы древнейших организмов об наружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а, следовательно, и возраст останков жизни, оценен в ~3,5 миллиарда лет. Это минерализовавшиеся нитчатые и округлые микроорганизмы примерно десятка различных видов, напоминающие простейших бактерий и микроводоросли. Организмы, видимо, имели внутренние структуры, в них присут ствовали химические элементы, соединения которых способны осуществлять фотосинтез. Су дя по этим данным, обнаруженные древнейшие организмы бесконечно сложны по сравнению с самыми сложными органическими соединениями неживого (абиогенного) происхождения.

Нет сомнений, что они – не самые ранние формы жизни, и что существовали их более древние предшественники. Об этом же судят по косвенным признакам, указывающим на широкую распространенность жизни в те древнейшие периоды существования Земли. Так, в осадочных породах той поры накоплены огромные количества углерода разного изотопного состава. Из вестно, что жизнь, базирующаяся на углероде, использует только один из его изотопов, а именно 12С. В древнейших накоплениях углерода этот изотоп с удивительным постоянством составляет примерно 20% от общего количества. Отсюда следует вывод, что в те далекие вре мена, к которым относятся найденные останки одноклеточных организмов, жизнь уже до вольно полно контролировала земной цикл углерода. История земной жизни, таким образом, уходит в тот "темный" первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оста вил следов в ее геологической истории. Но именно тогда на Земле имели место условия, впо следствии не повторявшиеся, когда появилась биосфера. С тех пор, насколько нам известно, живое вещество порождается только живыми организмами, а органические соединения, соз даваемые организмами, структурно отличаются от соединений того же химического состава, но абиогенного происхождения.

Самый главный вопрос, трудный поиск ответа на который ведут ученые, это вопрос о том, как возникла жизнь на Земле. Знакомясь с предшествующими материалами, читатель не мог не обратить внимание на выделенность Земли среди других планет своей группы. Такая выде ленность, заключающаяся в особой тектонической активности земных недр, в существовании на ней мощнейшей гидросферы, в особом характере ее энергетического баланса, связанного с определенным местоположением планеты относительно Солнца, создала условия для сущест вования и эволюции земной жизни. Но как возникла эта земная жизнь, где ее начало?

С позиций современной науки можно рассматривать две альтернативные гипотезы. Одна из них предполагает, что жизнь или некие ее основы занесены на Землю из Космоса. Так, Владимир Иванович Вернадский, опираясь на представления о стационарности Вселенной, высказывал убеждение в вечности и неуничтожаемости жизни, семена или споры которой пе реносятся в Космосе и, попав в подходящие условия, дают начало развитию жизни. В столь прямолинейной трактовке эта гипотеза несовместима с моделью Развивающейся Вселенной, имеющей начало и, следовательно, некое завершение развития, неизбежно сопровождающее ся уничтожением жизненных основ. Другой вариант гипотезы внеземное происхождение жизни, семена которой были занесены на Землю. Этот вариант не решает проблему происхо ждения жизни, лишь отодвигая ее в космические дали. Вполне возможно, что в ходе после дующего расширения наших знаний и о Космосе, и о жизни, возникнут новые обстоятельства, которые подтвердят внеземные источники ее происхождения. Одним из таких обстоятельств может служить открытие в 2000 году огромных количеств бактерий в самых верхних слоях атмосферы. Их удается возвратить к жизни. К этому следует добавить внезапное появление новых типов бактерий, ранее не обнаруживавшихся в земных условиях и не ставших резуль татом мутации земных форм. Высказывается предположение о внеземном происхождении таких бактерий. В этом же плане привлекает внимание обнаружение в межзвездном простран стве аминокислоты глицина, входящей в состав земных организмов. Поэтому сейчас нет ос нований отвергать гипотезу о занесении на Землю основ жизни из космоса.

Альтернативная гипотеза предполагает, что в процессе самоорганизации вещества Вселен ной, на определенной стадии ее развития, появляются условия для перехода "косного" (по терминологии Вернадского) материала в "живые" формы вещества. Такой переход закономе рен и неизбежен в рамках Развивающейся Вселенной, и он находится в полном согласии с концепцией развития Природы. А так как в данной книге автор стремится изложить основы современной естественнонаучной концепции развития, то дальнейшее наше рассмотрение проблемы опирается на идеи сторонников гипотезы происхождения земной жизни естествен ным путем из косного вещества, в процессе некоей самоорганизации, что по своему духу близко именно этой концепции.

То обстоятельство, что «начало» земной жизни скрывается в пока непознаваемом наукой первом миллиарде лет существования планеты, лишает ученых возможности реконструиро вать существовавшие тогда на Земле условия. Но можно уверенно говорить, что именно усло вия того периода времени обеспечили появление жизни на планете, поскольку акт рождения земной жизни был одноразовым, и нет никаких признаков того, что он повторялся в после дующей истории. Одним из основополагающих компонентов исходных условий того периода была первичная атмосфера планеты, обладавшая, в частности, восстановительными свойства ми. Однако, восстановительная атмосфера, отличная от первичной, сохранялась и в "геологи ческий" период истории. По палеонтологическим данным, приводимым Рутеном [51], восста новительный характер земной атмосферы прослеживается вплоть до рубежа 2,55 0,2 милли арда лет назад. Начальные формы возникшей жизни долгое время развивались в такой атмо сфере. Критерием перехода от восстановительной к окислительной атмосфере считается дос тижение точки Пастера, когда содержание кислорода стало примерно равным 0,01% от его современного уровня. Тогда микроорганизмы получили возможность перейти от процессов брожения к процессу дыхания. После прохождения через этот рубеж насыщенность атмосфе ры кислородом за какие-нибудь пару сотен миллионов лет достигла современного уровня (22% от общего количества газа в атмосфере) и с тех пор такая концентрация поддерживается в мало меняющемся соотношении.

Загадка появления жизни на Земле волнует думающую часть человечества с незапамятных времен. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но до сих пор основные дискуссии затрагивают вопрос о материальной и духовной сущности жизни. Является ли жизнь просто чрезвычайно упорядоченным состоянием тех же элементов, из которых состоит "неживое" вещество, или существуют пока неоткрытые элементарные "частицы жизни" (ин дусы называют это праной, палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден – частицами элементарного сознания и т.д.), переводящие на определенном уровне своей концентрации "обычное" физи ко-химическое вещество из неживого в живое состояние. Общепризнанного ответа на этот вопрос нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора. А его разрешение, если такое событие произойдет в обозримое время, определят ре зультаты будущих исследований. Не предрешая этих результатов, хочу обратить внимание читателя на следующее.

Ученый, в силу своей профессии, не может руководствоваться принципом "верую". В науке утвердился другой принцип, сформулированный еще в XIV веке английским филосо фом Вильямом Оккамом и получивший название "бритвы Оккама": не умножай сущностей без необходимости. Некоторые ученые переформулируют этот принцип, утверждая, что не следует рассматривать предположения, которые в принципе невозможно проверить экспери ментально. Принцип Оккама, внося известную долю консерватизма, защищает науку от не обоснованных спекуляций. Иллюстрацией действенности принципа могут служить два (из множества) примера. 200 лет назад сложилось убеждение, что между органическими и неор ганическими соединениями лежит непроходимая пропасть, что они представляют собой две разные сущности. Для такого утверждения были, казалось бы, веские основания. Все извест ные в то время органические соединения создавались живыми организмами и других спосо бов их получения не знали;

свойства органических соединений были иными, чем у неоргани ческих веществ. Но в 1828 году Ф.Веллер синтезировал первое искусственно созданное орга ническое соединение, употребив в качестве сырья обычные химические элементы и их соеди нения. Это была мочевина, типичный продукт жизнедеятельности животных. Миф о двух раз ных сущностях, о разной химической природе органического и неорганического вещества рухнул, а на его месте родилась химия углерода или, иначе, органическая химия. Предмет ее изучения углерод, способный образовывать особо сложные многоатомные молекулы, вклю чающие атомы водорода, азота, кислорода, фосфора, серы и других известных элементов и не включающие никакие другие сущности. Именно из подобных молекул собираются живые ор ганизмы.

Другой пример. Долгие годы исследователи не могли понять, почему практически все биохимические реакции протекают в организмах с высокими скоростями, но любые попытки их инициирования и поддержания при тех же давлениях и температурах вне организмов тер пят неудачу. Возникла гипотеза об особой сущности протекания реакций в организмах, от личной от химической сущности. Но вскоре были открыты материальные носители этой "сущности", ферменты, направленно вырабатываемые в клетках организма и служащие ката лизаторами соответствующих биохимических реакций. Позже удалось расшифровать химиче ский состав некоторых из них. Вместо гипотезы в органической химии появился раздел, изу чающий и расшифровывающий химический состав ферментов, механизмы их работы и другие физико-химические аспекты этих соединений.

Приведенные примеры раскрывают одну из особенностей познания нового. Сталкиваясь с явлением, не укладывающимся в известные до этого представления, у исследователя возника ет искушение выбрать самый простой путь для его объяснения, а именно, ввести новую сущ ность. Ее природа столь же непонятна, как и само явление, но на время создается иллюзия, что феномен получил объяснение. Согласно принципу Оккама, такой прием бесперспективен.

Но не отвергается возможность введения в оборот новой сущности после получения доказа тельства ее реальности или после исчерпания возможности объяснения феномена в рамках "консервативных" представлений. На сегодня надежда получить объяснение крайней сложно сти, устойчивости, упорядоченности, тончайшей подгонки всех структур и функций живых организмов на основе физико-химических представлений не исчерпана.

Проникновение в суть явления, называемого происхождением жизни на Земле, перестало выглядеть безнадежным занятием после того, как усилиями ряда ученых сформировался сис темный подход к нему, рожденный новым научным мышлением. Выше уже упоминалось в этой связи имя В.И. Вернадского. Конкретные идеи такого плана выдвинул в 1924 году А.И.

Опарин. Видимо, новое понимание проблемы назрело в науке, и независимо от Опарина не сколько позже (в 1929 году) подобный подход провозгласил Дж. Холдейн. Эстафету подхва тил и понес дальше Дж. Бернал. В появлении жизни эти ученые увидели единый естествен ный процесс, слагавшийся из протекавшей в особых условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, скачком перешедшей затем на качественно новый уровень, на уровень биохимической эволюции. Эти процессы с самого начала были неразрывно связаны с геоло гической эволюцией внешних оболочек Земли.

Состояние проблемы происхождения жизни на Земле, первоначально сложившиеся пред ставления о доисторической химической эволюции и путях ее перехода в биохимическую эволюцию, энциклопедически подробно отражены в знаменитой книге Джона Бернала, издан ной в Лондоне в 1967 году и затем переведенной на многие языки мира, в том числе и на рус ский язык [52]. С момента выхода книги Бернала многое изменилось в биологических и смежных с ней науках, но до сих пор продолжается поиск ответа на «вечные вопросы», ка сающиеся происхождения земной жизни. В таких условиях для тех, кто ищет ответы на такие вопросы, книга Бернала продолжает сохранять не только исторический интерес. Важно то, что в ней формулируются вопросы, на которые следует искать ответы. А, как известно, пра вильно поставить вопрос особенно важно в условиях, когда еще не созрели предпосылки для получения на него ответа.

В проблеме возникновения жизни на Земле естественным путем Бернал выделяет три по следовательные стадии. На первой стадии происходило образование исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях, имевших место на Земле в самый ранний период ее существования как планеты. На второй стадии из появившихся и накопившихся в первичном океане мономерных органических молекул образовывались в процессах полимери зации полимеры и биомолекулярные комплексы, в том числе способные формировать элемен ты, обеспечивающие протекание жизненных процессов. Возможно, что на этой стадии появи лись предшественники двух жизненных основополагающих процессов обмена веществ и воспроизведения сложных органических структур строго определенного состава и строения.

На третьей стадии возникшие элементы сформировали самые простые клеточные организмы, обособленные от неживой природы.

Наиболее разработана и обоснована первая стадия этого сложнейшего процесса. Она могла протекать в особых условиях, имевших место в "догеологическую" эпоху первого мил лиарда лет существования Земли. Эти условия предполагают существование первичной атмо сферы восстановительного характера, в состав которой входили метан и аммиак, наличие на Земле достаточно обширных водоемов и, следовательно, присутствие в атмосфере паров во ды. Отсутствие озонового слоя означало проникновение к поверхности планеты жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. В таких условиях неизбежно протекали процессы об разования органических мономерных молекул, в том числе и таких сложных, какими являют ся аминокислоты, сахара и органические кислоты. Из таких соединений затем могли возни кать элементы, составляющие основу жизни.

В 1953 году Миллер впервые провел модельные лабораторные эксперименты, подтвер дившие сказанное выше. В смеси метана, аммиака и водяных паров осуществлялись электри ческие разряды, после чего обнаруживался весь набор упоминавшейся органики. Подобные эксперименты неоднократно повторялись в разных вариантах другими исследователями, и результаты воспроизводились, наглядно демонстрируя реальность такого пути образования органических соединений, обеспечивших исходным сырьем протекание в дальнейшем второй стадии возникновения жизни. Но особенно сильное впечатление на ученых произвел факт об наружения подобного набора мономерных органических молекул в выпадавших на Землю углистых каменных метеоритах. Высказывается предположение, что такие соединения возни кали в астероидах 4,5 миллиарда лет назад, в период, когда формировалась Солнечная систе ма. Углистые метеориты рассматриваются как фрагменты распавшихся астероидов. Обнару жение столь сложной органики вне Земли указывает на повсеместный процесс образования преджизни во Вселенной, выражаясь образно, везде, где есть пыль и газ. Но последующие стадии, ведущие к появлению самой жизни, протекают не везде, а только там, где возникают необходимые для этого условия.

Итак, на первой стадии должны были образоваться и накопиться в океане в достаточных количествах молекулы различных видов, часть из которых вошла позднее в состав живых ор ганизмов. Известно, что все системы жизни используют всего лишь 29 органических молекул, относящихся к азотистым основаниям, сахарам, углеводам и аминокислотам. Все эти молеку лы составлены из нескольких легких элементов, занимающих верхнюю строчку таблицы Менделеева: это водород, углерод, кислород и азот, а также фосфор и сера. Эти элементы хи мически активны, они легко вступают в реакции, образуя весьма сложные молекулы. Совре менные организмы кроме шести основополагающих элементов используют еще 15 других, в том числе некоторые металлы, среди которых хорошо известна роль железа, входящего в со став гемоглобина крови. Но материальной основой жизни служат именно шесть указанных выше элементов. Особая роль среди них принадлежит углероду, который по праву считается основой жизни. Возможность протекания процессов синтеза необходимых для жизни молекул в первичной атмосфере Земли подтверждается не только теоретическими умозаключениями, но и лабораторными экспериментами. В земных условиях последующее развитие химической эволюции, ее переход к биохимической, а затем и биологической эволюции, могло протекать только в водной среде, в первичном океане.

Следующий шаг в формировании основ жизни на Земле, иначе говоря, вторая стадия дол гого пути, предстает как наиболее трудная и наименее разработанная часть проблемы проис хождения жизни. Как писал Бернал, "Здесь в наших попытках создать правдоподобную гипо тезу мы можем рассчитывать только на логику". Предполагается, что на этой стадии произо шел переход от молекул к биомолекулярным комплексам, оформились предтечи материаль ных и функциональных основ жизни. Понять те вопросы, которые поставили перед учеными попытки объяснить происходившую в этот период эволюцию, проще всего забежав далеко вперед и кратко рассмотрев конечные результаты, достигнутые Природой на протяжении вто рой стадии. Выше упоминалось, что фаза жизни начинается после того, как появляются два характеризующих ее процесса: обмен веществ и точное воспроизведение определенных орга нических молекул и биомолекулярных комплексов. У современных организмов оба жизне обеспечивающих процесса достигли высочайшего уровня совершенства, но для этого понадо билось свыше миллиарда лет эволюции. На второй стадии возникновения жизни должны бы ли появиться самые ранние предшественники этих процессов, однако их следы затерялись в глубочайшей древности. Современная наука не располагает возможностью эксперименталь ного исследования этой проблемы и в своих гипотетических реконструкциях второй стадии опирается на аналогии из области химии, биологии и геологии. Вряд ли такой путь поиска можно считать надежным. В последние годы в качестве ключа к решению проблемы пытают ся активно использовать представления о самоорганизации природных систем.

Процесс обмена веществ обеспечивает поддержание уровня упорядоченности организма и его частей. Такая задача решается путем отбора извне веществ, обеспечивающих после со ответствующей их переработки протекание синтеза нужных для жизнедеятельности соедине ний. С другой стороны, система выводит из организма все то, что не может быть утилизовано или появляется как шлаки процессов жизнедеятельности. Система обмена веществ представ ляет собой цепь тончайшим образом взаимосогласованных биохимических реакций синтеза и расщепления белковых тел. Лучшие наши химические производства могут лишь позавидовать тому, как экономно и филигранно точно осуществляет природа функцию обмена у всех своих созданий – от простейшей клетки до высших организмов.

Материальной основой системы обмена служат белки. Они выполняют функцию органи ческих катализаторов (ферментов), обеспечивающих в условиях организма протекание био химических реакций, а также исполняют роль структурных клеточных элементов. Белки представляют собой длинные цепочки аминокислот, удерживаемых пептидными связями. По этому их называют также полипептидами. Из огромного числа известных органической хи мии аминокислот, для построения своих белков жизнь использовала лишь 20 типов. Разнооб разие белков определяется не только входящими в их состав аминокислотами, но и последо вательностью аминокислот в пептидных цепочках. Более того, при полной идентичности со става и последовательности аминокислот, различия в пространственной структуре молекул белков ведет к различию их физико-химических свойств. В природе существуют два типа структурной организации органических молекул. Характерно, что белки живого происхожде ния всегда имеют одну и ту же пространственную структуру, в то время как белки абиогенно го происхождения содержат молекулы обоих возможных структурных разновидностей в рав ных количествах.

Система воспроизведения содержит в закодированном виде информацию, необходимую для построения из запасенного клеткой органического материала нужного в данный момент белка, обеспечивающего протекание определенной биохимической реакции. Она же ведает механизмом извлечения и реализации соответствующей программной информации. Свои функции эта система осуществляет через посредство полимерных биокомплексов – полинук леидов. Хранителями генетической информации служат молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), такая информация заложена в последовательности оснований вдоль цепи ДНК, скрученной в двойную спираль. А "считывают" эту информацию, переносят ее в среду, содержащую исходные компоненты будущего белка, и осуществляют из них синтез этого белка молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Другая функция системы воспроизведения состоит в том, что она сдержит программу биологического развития любого организма от на чальной стадии до последующих периодов. В случае одиночной клетки эта система определя ет начало и последующее протекание процесса ее деления, в многоклеточных организмах она руководит развитием от исходной оплодотворенной яйцеклетки до полного оформления взрослого организма.

В изучении механизмов действия системы обмена веществ и воспроизведения достигнуты выдающиеся успехи. Но здесь нас волнует один вопрос: как могли в ходе химической эволю ции сложиться из вещества абиогенного происхождения такие высокоупорядоченные, тонко подогнанные системы, теснейшим образом связанные с обменом веществ и с функционирова нием живой клетки? Нет никаких сомнений в том, что образование обоих жизненных систем не могло произойти в результате каких-то случайных переборов вариантов. Также как нет со мнений, что обе системы должны были возникнуть в некоем едином процессе. С другой сто роны, без возникновения этих систем, пусть в значительно более упрощенном варианте, чем теперь, не мог появиться метаболизм, присущий живой клетке. Процесс метаболизма слагает ся из трех функций. Ферментная функция заключается в каталитическом ускорении реакций энергетического обмена, синтеза или распада молекул с высвобождением энергии. Эта функ ция выполняется белковыми молекулами. Коферментная функция заключается в поставке или отнятии энергии малыми дискретными порциями в процессах ферментативных реакций.

Она выполняется особыми фосфатными соединениями, наиболее важным из которых является аденозинтрифосфат (АТФ). Наконец, функция хранения и переноса информации, осуществля ется нуклеиновыми кислотами. Именно эти три функции и обеспечивающие их протекание элементы должны были сложиться к концу второй стадии развития жизни.

Первым шагом второй стадии развития жизни стал процесс сборки в ходе химической эво люции полимерных молекул из образовавшихся на первой стадии мономеров. В современных условиях такой процесс образования цепочки последовательно соединяющихся органических молекул, называемый полимеризацией, происходит только внутри клетки, и воспроизвести его в лабораторных условиях не представляется возможным. Даже этап полимеризации тру ден и практически не обоснован во всех существующих гипотезах.

Но и с представлениями о последующих шагах дело обстоит не лучше. Нет смысла углуб ляться в дебри интересной, но мало понятной неспециалистам проблемы. Стоит отметить лишь одно обстоятельство, непосредственно относящееся к рассматриваемой нами новой концепции развития. Следующим шагом на второй стадии развития преджизни стало образо вание в процессе взаимодействия полимеров предшественников обеих жизненных систем – обмена веществ и воспроизведения сложных молекулярных биокомплексов, через которые обеспечивается протекание метаболизма жизни. Все жизненные процессы брожение, окис ление, фотосинтез, пищеварение, выделение контролируются специфическими молекулами ферментов специализированных типов. И эти молекулы воспроизводятся только через по средство нуклеиновых кислот. Как отметил Бернал, раздельное возникновение предшествен ников обеих тесно связанных между собой жизненных систем просто невозможно себе пред ставить, они возникали взаимосвязано, в едином процессе. Случайность здесь исключается, это должен был быть целенаправленный процесс, пусть даже растянутый на многие тысячеле тия. Что же лежит в основе направленности? Теперь популяризаторы науки включают поня тие самоорганизации в рассмотрение процесса возникновения жизни из косной материи уже как нечто само собой разумеющееся. Вот, например, что написано по этому поводу в книге болгарского палеонтолога Т.Николова "Долгий путь жизни" [53]:

"Добиологический чисто химический этап переходит в этап самоорганизации, на котором возникают самовоспроизводящиеся сложные молекулярные комплексы. Эти макромолеку лярные комплексы дают начало жизни. Граница между двумя этапами – этапом чисто хими ческой эволюции и этапом самоорганизации биологических макромолекул – весьма условна и не фиксирована во времени". И далее: "В понимании вопроса о происхождении жизни поня тия "нуклеиновая кислота" и "белок" можно заменить понятиями "информация, содержащая инструкцию" и "функция". И тогда вопрос "что первично?" становится абсурдным, так как не может осуществляться определенная функция, если нет информации. А информация приобре тает смысл только через функцию, которую она кодирует". Итак, кроме понятий вещества, энергии и процессов, в которых они участвуют, добавляется понятие "информации" как еще одного равноправного участника мироздания. Запомним это.

На заключительном этапе второй стадии должен был проявиться фактор, способствовав ший образованию мембран, играющих решающую роль в структуре всех существующих кле ток. Мембраны – это липиды и белковые тела. В лабораторных экспериментах, имитирующих процессы в атмосфере и на поверхности молодой Земли, получено подтверждение способно сти этих соединений при определенной концентрации в водоемах к самосборке микрооболо чек, то есть, к самоорганизации. Допустимо считать, что процесс самосборки мембран со вместился с процессом возникновения систем обмена и воспроизведения, отделив материаль ных участников этих процессов от окружающей неорганизованной среды. Вряд ли справедли во считать такое совмещение результатом случайности. По-видимому, это и стало актом обра зования протоклетки. В наши дни мембраны не только отделяют клетку от окружения, но и играют важную роль в организации внутриклеточного пространства.

На третьей стадии развития жизни завершился переход от биокомплексов к оформившейся клетке, то есть возникла жизнь, если ее началом можно считать появление клеточных форм организации вещества. Это был непростой процесс. Даже простейшая клетка предстает как сообщество определенного набора субчастиц, так называемых органелл, и, как показывают электронно-микроскопические исследования, она чрезвычайно сложна. А клетки, из которых слагаются многоклеточные организмы, не только характеризуются нарастающим уровнем сложности, но и огромным их разнообразием. За всем этим лежит длительная и сложная исто рия. Как пишет Бернал, "Воссоздать облик исходных клеток очень трудно: они, безусловно, сильно отличались от современных клеток. Должно быть, бактерии представляют собой вы сокоразвитых потомков этих примитивных клеток" [52]. Существует гипотеза, сторонником которой является и Бернал, согласно которой органеллы первоначально существовали как не зависимые единицы и лишь на поздней стадии они объединились в клеточный комплекс. Не зависимое существование органелл, которые содержали в своем составе молекулы РНК и не которые ферменты, а также были заключены в простейшие мембранные оболочки, позволяет рассматривать их, по аналогии с вирусами, как первые живые существа. "Согласно моей гипо тезе, - пишет Бернал, - из общей живой макромолекулярной доорганизменной массы почти одновременно возникло большое число различных организмов. Эти примитивные организмы были в какой-то степени отделены от своей биохимической основы. Вместе с тем они никогда не были одни. С самого начала они существовали в среде, содержащей много других организ мов, отличающихся от них самих и в какой-то степени комплиментарных им. Они постоянно обменивались метаболическими продуктами". Наличие подобных взаимоотношений могло привести к образованию органелл, а объединение взаимодополняющих друг друга органелл породило простейшую клетку.

Итак, сегодня наука далека от того, чтобы объяснить возникновение жизни, в том числе и ее возникновение путем перехода в земных условиях химической эволюции в биохимическую эволюцию. Проводившиеся работы в этом направлении вскрыли невероятную сложность жи вого даже в его простейших формах. Невозможно представить себе протекание процесса по явления жизни как случайность. Включение в рассмотрение процесса появления жизни на Земле понятия самоорганизации материи подсказывает возможное решение проблемы при условии, что будет раскрыт механизм ее действия в данной ситуации.

Свой вклад в решение проблемы происхождения жизни на Земле постарались внести и фи зики. Они обратили внимание на открытое еще Луи Пастером явление оптической активности органических соединений живого происхождения, не свойственное таким же соединениям абиогенного происхождения. Так, входящие в состав белков аминокислоты поворачивают плоскость поляризации проходящего через их среду света влево, а входящие в состав клеточ ных аминокислот сахара поворачивают эту плоскость вправо. Соответствующие абиогенные соединения образуют смеси, в которых равновероятно содержание молекул обоих возможных конфигураций, поэтому поворота плоскости поляризации при прохождении света через такие смеси не происходит. Современные данные об оптической активности органических соедине ний живого происхождения и предположения об отношении такого эффекта к происхожде нию жизни содержатся в обзорных статьях популярного плана [54,55]. Коротко речь идет о следующем.

Сохранение в процессах, связанных с жизнью, органических молекул только одной из двух возможных пространственных структур, называют хиральностью, а соответствующим образом отобранные молекулы – хиральными. Хаотическая же смесь органических молекул обоих пространственных конфигураций называют рацематом, а процесс образования такой смеси – рацемизацией. Возникающий при абиогенном синтезе органических молекул рацемат – это типичный пример равновесного, симметричного состояния конечного продукта. В преджизненный период существования Земли органические соединения могли образовывать ся только в состоянии рацемата. При переходе к жизни у соответствующих органических со единений в некоем коллективном процессе произошла сортировка молекул, возникла хираль ность, которая затем закрепилась в механизме воспроизведения. Как это произошло, и почему появилась именно наблюдаемая оптическая активность на эти вопросы пока нет ответа. Но качественное объяснение такого хода событий может быть получено, исходя из современного понимания процессов самоорганизации. С этих позиций переход к жизни мог произойти в ус ловиях, когда открытая система, предшественница биосферы, находилась в крайне неравно весном критическом состоянии. Присущая биосфере хиральность подтверждает неравновес ность ее исходного состояния перед скачком в новое качество. Необходимая для образования такого состояния энергия поступала извне. Что же касается той или иной конфигурации ото бранных молекул, то она могла возникнуть или случайно, или по пока неизвестным нам, но важным для жизни причинам. По меньшей мере установлено, что хиральная чистота живых организмов принципиально важна: хирально нечистые полимеры менее прочны, медленнее растут и быстрее разрушаются, чем хирально чистые. Анализируя переход от рацемата к хи ральности, Л.Л. Морозов [55] пришел к выводу, что появление жизни – это типичный скачок, носящий характерные черты фазового перехода в процессе самоорганизации вещества. Он даже предложил назвать этот скачок Большим Биологическим Взрывом по аналогии с Боль шим Взрывом, образовавшим Вселенную. В этом предложении заключен определенный смысл, ведь появление и развитие жизни на Земле – событие для нас не менее таинственное, чем происхождение и развитие Вселенной.

Наш обзор показывает, что наука, не объяснив появление жизни на Земле, наметила только контуры сложнейшего процесса, но ни на один кардинальный вопрос, возникающий в этой связи, не получен окончательный ответ. Нам предстоит обсудить последующее после появле ния жизни развитие биосферы, приведшее к возникновению разума.

3.7 Биосфера и феномен Человека Современные палеонтологические данные позволяют в общих чертах проследить развитие биосферы на протяжении, по крайней мере, 3,8 миллиардов лет. Биосфера возникла на протя жении первого миллиарда лет существования Земли как оформившейся планеты. Первона чально в ее состав входили простейшие одноклеточные организмы, получившие название прокариотов. Нет сомнений, что появление таких оформленных организмов произошло зна чительно раньше, где-то на протяжении первого миллиарда лет истории Земли.

Примерно два миллиарда лет назад вдруг возникли значительно более сложные однокле точные организмы, названные эукариотами. Слово «вдруг» означает, что эти клетки не явля ются производными от прокариот, они появились независимо от них в результате объедине ния трех исходных форм органелл. Усложнение не давало эукариотам явных преимуществ над прокариотами, скорее наоборот. Древнейшие клеткипрокариоты при всей своей относи тельной простоте обеспечили своим потомкам возможность дожить до наших дней (бактерии, сине-зеленые водоросли) и прекрасно сосуществовать с куда более сложными современными организмами. Какой стимул толкал биосферу на хлопотный путь прогрессивного развития, не удовлетворившись исходным примитивным, но вполне жизнеспособным уровнем? Появление эукариот, вопреки теории естественного отбора, оправдалось после того, как примерно миллионов лет назад на их основе возникли первые многоклеточные организмы, чего не мог ло произойти на основе прокариот. Так появилась эдиакарская фауна, состоящая из многокле точных беспозвоночных организмов. Дальнейшие крупные преобразования биосферы прохо дили в периоды Великих массовых вымираний биоты. В истории биосферы отмечаются четы ре таких вымираний.

1. Кембрийское великое вымирание по современным данным началось примерно 544 мил лиона лет назад. Мгновенно в геологических масштабах времени полностью изменилась эдиакарская фауна биосферы. Вместо нее возникло огромное разнообразие скелетных орга низмов. Вот как описывает палеонтолог наблюдаемое им на разрезах пограничных отложений почти полное обновление биосферы: "Двигаясь вверх по разрезу от докембрийских пород к кембрийским, мы вдруг обнаруживаем в какой-то момент, что порода насыщена многочис ленными и разнообразными остатками организмов, облик которых уже более или менее при вычен для нас" [58]. Это типичное описание скачка, приведшего к перестройке биосферы, ее переходу в качественно новое состояние с заметным обновлением обитателей. Скачок привел биосферу от докембрийского однообразия живого мира к необычайному разнообразию ске летных организмов. Такой переход совершился всего за 5 - 6 миллионов лет, по геологиче ским меркам ничтожный срок. Появление скелетных организмов открыло путь к развитию высших животных.

2. Пермское великое вымирание случилось примерно 250 миллионов лет назад. За период порядка 100 тысяч лет на суше исчезла почти вся растительность и 70% сухопутной жизни. В морях погибло 85% всех форм морской жизни. Именно после такого события в биосфере на ступила эра господства рептилий, достигшая кульминации примерно 210 миллионов лет на зад.

3. Триасовое великое вымирание произошло примерно 190 миллионов лет назад. Об этом со бытии пока известно лишь то, что за время порядка одного миллиона лет исчезли многие су хопутные и морские виды животных и растений. Но это не коснулось большинства рептилий.

4. Позднемеловое великое вымирание случилось 65 миллионов лет назад. Исчезла половина всех родов и видов животных и растений. В морях вымерли аммониты, белемниты, морские рептилии. На суше исчезли крылатые рептилии и динозавры, а также значительная часть рас тительного мира. В этот период времени отмечено действительно катастрофическое событие, по-видимому, Земля столкнулась с крупным астероидом, диаметр которого оценивается в километров. Такое событие способно вызвать глобальную катастрофу с непредсказуемыми последствиями для биосферы. Но специалисты отмечают, что вымирание рептилий началось задолго до падения астероида и было вызвано геологическими подвижками и изменением климата планеты. Космическая катастрофа резко ускорила эти ранее начавшиеся процессы.

В рамках Международной программы геологической корреляции «Редкие события в гео логии» отмечается, что в промежутках между великими вымираниями существовало более десяти малых вымираний с интервалами между ними от 26 до 34 миллионов лет.

Перед фактами периодических массовых вымираний в прошлой истории биосферы, не возвращаемся ли мы на новом уровне к катастрофической гипотезе знаменитого Кювье? Об наружение в его время гигантских захоронений неведомых животных (динозавров) и растений привело его к выводу, что периодические катастрофы сметали с лица Земли все живое, после чего жизнь начиналась заново. Катастрофа практически непредсказуема, а ее последствия тем более невозможно предвидеть. Без сомнения то, что катастрофа – это стихия, возвращающая мир к хаосу. Поэтому катастрофу никак нельзя считать скачком в развитии системы. Извест ные последствия глобальных вымираний на Земле не выглядят деградацией, как можно было бы ожидать. Никогда не отмечался возврат биосферы к исходному примитивизму. Вместо предполагаемого хаоса и полного вырождения отмечается новый всплеск упорядоченности.

Устраняются те формы жизни, которые в предшествовавший вымиранию период достигли расцвета, но господство которых стало препятствием для последующего совершенствования биосферы.


И наоборот, выживают в катастрофах те формы жизни, возникшие в рамках старой структуры, которые не имели там шанса проявить свою прогрессивную сущность. Именно это наблюдалось в кембрийскую революцию, то же самое можно сказать и о позднемеловой ре волюции. После исчезновения динозавров (для них это была катастрофа) их место порази тельно быстро заняли млекопитающие. Древнейшие представители этого семейства появи лись примерно 200 миллионов лет назад предположительно от одной из ветвей сравнительно некрупных динозавров. Первоначально это были мелкие зверьки типа землероек. На протяже нии примерно 150 миллионов лет они занимали скромное место в биосфере, теряясь на фоне гигантов той эпохи. Заняв после позднемеловой революции освободившуюся экологическую нишу, они очень скоро предстали в огромном разнообразии новых видов. Биосфера пере строилась, начался новый этап ее развития, в ходе которого со временем появился носитель разума – человек. Это событие знаменовало собой еще один скачок в развитии биосферы, за которым последовала эра психогенеза.

Появление Человека стало вершиной направленного развития биосферы. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эво люции, а с появлением человека открылся период психогенеза, то есть духовной эволюции.

Рождение разума знаменует собой ни с чем не сравнимый качественный переход к новой ста дии развития жизни на Земле.

Известный палеонтолог и биолог П. Тейяр де Шарден, сочетавший научную деятельность с саном священнослужителя ордена иезуитов, изложил свои представления о движущей силе развития Природы и, в частности, биосферы, в блестящей книге "Феномен человека" [56].

Книга была написана в середине 30-х годов, но увидела свет лишь в 1957 году, спустя два го да после смерти автора. Взгляды ученого на эволюционные процессы в Природе были сочте ны руководством Ордена противоречащими догматам веры. Тейяра вынудили отказаться от публикации своих философских трудов, от публичных выступлений и участия в дискуссиях, затрагивающих эволюционные проблемы, от чтения лекций по геологии в Католическом уни верситете Парижа. А когда книга все же была издана, отцы Ордена призвали охранять като лическую молодежь от этого нежелательного произведения. Здесь нет необходимости обсуж дать теологические разногласия между руководителями Ордена и убежденным католиком Тейяром де Шарденом. Отмечу только, что научные занятия палеонтологией, участие в круп ных палеонтологических раскопках в Китае и на острове Ява (в ходе которых был найден си нантроп) снабдили ученого современными данными об исторической эволюции биосферы в целом и об эволюционном пути развития высших приматов и человека, в частности. А спо собность за частным видеть общее позволила Тейяру де Шардену представить путь развития биосферы в виде Дерева жизни и выделить основные закономерные черты такого развития.

Во-первых, жизни присуща экспансия, создание избыточного изобилия живых организмов каждого появляющегося вида. Но при этом биосфера остается единым целым, части которого очень тесно взаимосвязаны между собой. "Взятое в целом живое вещество, расползшееся по Земле, с первых же стадий своей эволюции вырисовывает контуры одного гигантского орга низма".

Во-вторых, в своей экспансии жизнь разветвляется, распадается на отдельные "ветви", ес тественные подразделения. Так, среди бесчисленного множества древнейших одноклеточных форм практически сразу выделились две ветви: "растительная ветвь", составленная клетками, способными осуществлять фотосинтез, и "животная ветвь", состоящая из клеток, питающихся растительными собратьями. Каждое разветвление обособляется в замкнутый пучок, назван ный филой, эволюционирующий самостоятельно. На каждом уровне Дерева возникает семей ство фил, образующих "крону". Со временем большинство ветвей кроны стареет и отмирает и в настоящее время число существующих организмов составляет ничтожную часть того, что вырастало на Дереве за всю историю его существования. Так, в современном мире общее чис ло известных видов живых существ достигает примерно 1,4 миллиона, а за всю геологиче скую историю Земли число существовавших видов оценивается примерно в 4 миллиарда. Об новление фил Дерева жизни не является непрерывным процессом, оно происходит скачками.

В-третьих, реализуется то, что Тейяр назвал "техникой пробного нащупывания". Много численные филы, образующие крону Дерева, позволяют жизни нащупать перспективный путь последующего развития, непременно связанный с направленным усложнением организмов. "В пробном нащупывании, – пишет Тейяр, – весьма любопытно сочетаются слепая фантазия больших чисел и определенная целенаправленность. Пробное нащупывание – это не просто случай, с которым его хотели смешать, но направленный случай. Все заполнить, чтобы все ис пробовать. Все испробовать, чтобы все найти" [56].

Из множества фил данного уровня незаметно выделяется одна, не занимавшая господ ствующего положения, более того, малозаметная на фоне процветающих фил, которая в кри тический момент дает побег, продолжающий ствол Дерева и открывающий качественно но вый уровень в развитии. Побег разветвляется, создает новую крону. И такая картина наблюда ется от основания Дерева до его вершины. Для стороннего наблюдателя, например, палеонто лога, пытающегося проследить плавную линию развития жизни, внезапное появление совер шенно новых ее форм, по геологическим меркам мгновенно сменивших еще недавно пышно процветавшие растительные и животные виды, выглядит чем-то необъяснимым. Но с позиций теории самоорганизации наблюдаемая смена господствующих форм рассматривается как ти пичный скачок системы (биосферы) в качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Изложенные в книге Тейяра эволюционные представления кратко сводятся к следующему.

Вселенная – это цельное природное образование, пребывающее в состоянии развития. В ходе такого развития на планете Земля естественным путем произошел качественный скачок, со вершился переход от неживого к живому, возникло системное образование, называемое био сферой, и начался сложный путь развития этой системы. Развитие биосферы носит явно вы раженный направленный характер, движущей силой направленности выступает созидательная тенденция. Ее порождают элементарные частицы сознания, изначально присутствующие в каждой элементарной частице вещества. Но в микрочастицах сознание проявляется слабо, оно создает лишь стремление к объединению частиц в блоки. По мере укрупнения ансамблей час тиц нарастает концентрация сознания, и возникают все более сложные его проявления. Когда концентрация сознания превысит некоторый критический уровень, а это может случиться в организмах высокой степени сложности, происходит переход в новое качество, возникает ра зум, мысль. Эволюция – это движение по пути совершенствования сознания вплоть до обра зования некоего высшего сознания, сверхсознания, которое появится в будущем в результате объединения индивидуальных сознаний. Здесь Тейяр де Шарден по существу вводит новую сущность – элементарное сознание, нарушая тем самым «принцип бритвы Оккамы».

Большинство биофизиков полагают, что физические представления наших дней достаточ ны, чтобы на их основе, не вводя новых сущностей, понять специфические проблемы биоло гии. С этих позиций нет необходимости вводить и такую новую сущность, как "элементарное сознание". "Современная физика, – формулирует это положение М.В. Волькенштейн [57], – достаточна для понимания эволюции. Здесь могут потребоваться новые понятия, но не новые физические принципы".

Вот, например, как в наши дни общие физические представления, в том числе и представ ления теории самоорганизации, прилагаются к разработке труднейшей биологической про блемы образования и развития многоклеточных организмов. Одна из загадок такого процесса – как из единственной зародышевой клетки развивается многообразие типов специализиро ванных клеток, как эти клетки узнают, где, в каком локальном участке пространства они должны расположиться, какими путями передается и принимается подобная "строительная" информация среди вновь образующихся клеток. У человека, например, насчитывается более 200 разновидностей специализированных клеток. В обзорной статье Б.Н. Белинцева, посвященной проблеме биологического формообразования [59], говорится, что каждая из вновь образующихся делением клеток зародыша содержит в своих хромосомах весь набор генетических программ возможного развития. Специализация клетки происходит после того, как она получает сигнал, включающий одну из таких программ, а соответствующий сигнал локализован в том месте, где предстоит образоваться соответствующему органу. Правильное включение программы обеспечивает формирование головы впереди, а не позади туловища, внутри головы позволяет оформиться мозгу, а не, например, почкам, короче говоря, обеспечивает возникновение и развитие всех частей организма на положенных местах и с положенными функциями.

Предполагается, что архитектура многоклеточного организма задается им самим в процес се самоорганизации. Вся совокупность делящихся клеток вырабатывает пространственную информацию, включающую в каждой локальной точке пространства конкретную генетиче скую программу развития появляющихся там клеток. С этой целью создается морфогенетиче ское поле, материальной основой которого служат выделяемые клетками химические реаген ты (морфогены), а команда на включение той или иной программы развития клетки в данном месте определяется пространственными перепадами концентрации реагентов. "Сложность и уникальность биологических структур есть результат "сложного" отклика на "простые" управленческие факторы. Пространственный план задается неоднородным распределением физических параметров, влияющих на динамику внутриклеточных процессов... он именно возникает как продукт коллективного процесса самоорганизации, выражающегося в спонтан ном возникновении диссипативных структур" [59].


Предлагаемый механизм формообразования многоклеточных организмов опирается на серьезную экспериментальную основу. Не углубляясь в подробности, отметим, что хотя в це лом проблему нельзя считать решенной, слегка приподнялся занавес над тайной развития и функционирования сложнейшей биологической системы, каковой является многоклеточный организм. И решающая роль в этом успехе принадлежит таким представлениям нового науч ного мышления, как диссипативные системы, их самоорганизация, коллективные упорядо ченные взаимодействия многих элементов. Но все же немало вопросов остаются без ответа, и, прежде всего, вопрос о том, как появились и саморегулировались в процессе исторической эволюции жизни такие процессы.

Здесь самое время перейти к рассмотрению вершины Дерева жизни Тейяра де Шардена.

Она представлена на рис.3.1 [56] и отображает процесс развития приматов, среди которых выпестовался человек. Картина типичная для развития биосферы: из исходного черенка воз никло множество ответвлений, большинство из которых оказались тупиковыми формами, к настоящему времени они вымерли. Но все они составляли естественный блок, включавший также исходные формы сохранившихся до наших дней обезьян и Человека разумного (Homo sapiens). Откуда он появился, этот Человек, каковы его корни в биосфере?

"Я охотно представляю себе, – пишет Тейяр, – нового пришельца (то есть Человека разум ного) возникшим из автономной, долгое время скрытой, хотя и в тайне активной эволюцион ной линии, которая в один прекрасный день выступила победоносно среди всех других линий, несомненно, из самой сердцевины этих псевдонеандерталоидов".

В последние десятилетия выдающиеся антропологические открытия предположительно позволили проследить цепочку предшественников человека. Теперь нет сомнений, что Чело век своими корнями прочно уходит в биосферу, он предстает как один из результатов естест венного процесса ее эволюции. Древнейший известный науке общий предок человека и выс ших обезьян, рамапитек, жил на террито Точка рии от Индии до Африки примерно 14 мил t, тысяч лет лионов лет назад. Около 10 миллионов лет назад от него отделился предок орангутанга, сивапитек, который остался в Азии, где и 0 современный живут поныне его потомки. А общий предок гориллы, шимпанзе и человека, по неолит видимому, укоренился на Африканском континенте. Именно там обнаружен зинд 30 Человек Гомо жантроп (африканский человек), возраст из Сохо 10 сапиенс Неандертальцы останков которого определяется примерно миллионами лет. Там же найдены грубые орудия труда, которыми он пользовался.

Другие находки позволяют ученым утвер Синантроп ждать, что человекоподобные существа обитали в Северной Танзании более трех Питекантроп миллионов лет назад. Эти существа, обла давшие способностью прямохождения и умением изготавливать простейшие орудия Австралопитек труда, получили наименование Человека умелого (Homo habilis) и они считаются Рис. 3.1 Верхушка дерева Жизни по Тей- достоверными древнейшими предками че яру де Шардену [56]. Точка - будущее схо- ловека. От них цепочка тянется к питекан ждение всех человеческих ветвей к единому Че тропу (возраст до 1,5 миллионов лет), и си 50ловечеству и рождение Сверхсознания.

нантропу (возраст 500 тысяч лет), получив шему теперь наименование Человека пря моходящего. Синантропы не только изготавливали орудия труда, но и владели огнем. При мерно 50 тысяч лет назад одновременно проживали два типа человеческих существ неан дертальцы и человек современного типа, наш прародитель кроманьонец. Предполагается, что разделение этих двух ветвей произошло около 100 тысяч лет назад, но в дальнейшем неандер тальцы таинственно исчезли, скорее всего, вследствие заметной их деградации во времени.

Высказывается и такое мнение (Л. Лики), что на самом деле разделение на две ветви про изошло еще 2 миллиона лет назад, одна ветвь через питекантропа привела к классическим не андертальцам и на этом завершилась, другая ветвь привела к современному человеку. Пока еще не все ясно в ходе ранней эволюции антропоидов, но совокупные данные указывают на естественный характер возникновения человека из животного мира биосферы.

"Человек, - писал В.И. Вернадский [1], - должен понять, как только научная концепция мира его охватит, что он не есть случайное, независимое от окружающего (биосфера или ноо сфера) свободно действующее природное явление. Он составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет".

Став носителем мысли, человек выделился из животного мира, и это создает особый фе номен Природы феномен Человека.

"Изменение биологического состояния, приведшее к пробуждению мысли, не просто соот ветствует критической точке, пройденной индивидом или даже видом. Будучи более обшир ным, это изменение затрагивает саму жизнь в ее органической целости, и, следовательно, это знаменует собой трансформацию, затрагивающую состояние всей планеты" [56].

Оценка Тейяром де Шарденом роли мысли совпадает с оценкой этого события Вернад ским. На протяжении 1-2 миллиардов лет в биосфере шел процесс цефализации, нарастания разумности, и он никогда не обнаруживал движения вспять. В ходе этого процесса сформиро вался мозг, материальная основа разума. Элементы разумного поведения обнаруживают выс шие животные и некоторые птицы. Но полноценное проявление разума в биосфере присуще только человеку, лишь в его социальном сообществе сформировалась, а затем с ускорением во времени развивалась коллективная память, названная Вернадским "научной мыслью". Науч ная мысль это созданный человеком на определенной стадии своего развития независимый от отдельной особи коллективный аппарат сбора, накопления, обобщения и хранения Знания.

И только человек в состоянии использовать этот аппарат для решения своих практических проблем. Научная мысль в сочетании с трудовой деятельностью человека стала великой гео логической силой, способной преобразовывать биосферу. "Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым явлением – она может остановиться в своем движении, но раз создавшись и проявившись в эволюции биосферы, она несет в себе возможность неограниченного развития в ходе времени" [1].

Интеллектуальное преимущество человека перед другими высшими животными должно быть закреплено в материальном носителе разума, в мозге. Чем мозг человека отличается, на пример, от мозга своих ближайших родственников, приматов? Как это ни покажется стран ным, но сравнительно недавно специалисты не могли обнаружить принципиальных отличий в строении мозга человека и шимпанзе. Конечно, у человека объем мозга существенно больше, чем у высших приматов, в среднем он равен 1500 см3. Однако, речь идет о качественных раз личиях и выделить их удалось только на новом уровне понимания строения и функциониро вания мозга, достигнутом в последние 30 – 40 лет. В этот период времени выяснилось, что простейшей структурной единицей мозга служит не нервная клетка (нейрон, нейроглия) как считалось раньше, а структурный ансамбль таких клеток со сложным, но фиксированным раз ветвлением взаимосвязей. Один ансамбль обычно управляет или анализирует один процесс или одну функцию организма.

Эволюция мозга, его усложнение идет не только и не столько за счет количественного рос та нервных клеток, хотя такой рост имеет место, сколько за счет растущей организованности, упорядоченности, как отдельных структурных ансамблей, так и центров, объединяющих от дельные функции в сложные поведенческие реакции. Новообразования мозга никогда не соз даются в форме изолированных "молодежных" ансамблей. Образование структурных единиц в ходе развития совершается путем появления вертикальных колонок, включающих как рас положенные в нижних слоях клетки древних отделов мозга, так и клетки более молодых обра зований, располагающиеся над этими пластами. Количественное увеличение ансамблей про исходит, главным образом, за счет перестройки старых отделов и использования освобож дающихся нервных клеток, а качественные изменения инициируются усложнением связей, увеличением их числа и широтой охвата связями клеток всего структурного ансамбля.

Структурные ансамбли мозга человека и высших приматов, ведающие такими функциями, как зрение, слух, двигательные реакции ног, тела и многими другими динамическими процес сами, практически не отличаются между собой. Существенные отличия выявляются в разме рах и связях структурных ансамблей, ведающих у человека речью и двигательными реакция ми рук, особенно кистей, чем определяется способность человека к трудовой деятельности.

Выделяются у человека лобные доли мозга, они, согласно сложившимся представлениям, осуществляют координацию различных функций при выполнении целенаправленных пове денческих реакций и участвуют в ассоциативных и обобщающих мыслительных процессах. У человека рекордная для животного мира относительная площадь лобных долей мозга, она достигает 25%. Здесь комментарии излишни.

Отметим еще одну характерную особенность функционирования мозга. Строение ансамб лей нервных клеток, их связи в мозгу программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых ансамблей мозга человека наследуются детьми от родите лей. Но наследуются не речь и трудовые навыки как таковые, а только потенциальная воз можность их приобретения в процессах последующего обучения. Генетические возможности осуществляются лишь при условии, что с раннего детства ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Сказка Киплинга о маленьком Маугли, воспитанном волками и другими благородными животными джунглей, а затем, уже зрелым юношей вернувшимся в "человеческую стаю" это всего лишь красивая сказка. Редкие слу чаи, когда человеческое дитя силой обстоятельств вырывалось из людского сообщества и не погибало вдали от него, а затем, возмужав, возвращалось к людям, показывают, что оно уже не могло полноценно овладеть речью и приобрести сложные трудовые навыки, необходимые для сознательной деятельности. Генетический потенциал ограничен жесткими временными рамками. Если сроки пропущены, потенциал угасает, а человек остается на уровне того же примата.

В истории человечества немало примеров показывающих, что не только отдельная лич ность, но и целые сообщества людей обязаны вести непрекращающуюся борьбу за овладение, сохранение и приумножение того, что выделяет их из животного мира. Малейшее ослабление усилий, или, что еще хуже, сознательное пробуждение в людях низменных начал в ущерб ра зуму с поразительной быстротой ведет к потере культурных завоеваний, к возрождению дико сти и агрессивности даже в условиях технической развитости.

Ученые отмечают, что с момента возникновения мысли медленный процесс биологиче ской эволюции Человека разумного сменяется быстро протекающим процессом духовной эволюции. С точки зрения Тейяра де Шардена это обстоятельство связывается с изменением характера развития кроны Дерева жизни. Впервые за всю его историю вместо привычного бурного разветвления идет процесс схождения человеческих ветвей, как это видно из рисунка 3.1. Со временем все ветви сойдутся в точке, что будет означать объединение всех индиви дуальных сознаний в единое Сверхсознание. При этом произойдет и полное объединение всех человеческих рас и национальностей с образованием единого земного человеческого сообще ства. Вернадский также выражал убежденность в том, что дальнейший путь развития челове чества непременно обусловливается объединением всех ныне разрозненных групп, рас и на циональностей в единое целое. Объективные потребности сегодняшнего дня подтверждают назревшую необходимость в объединении. Следует лишь подчеркнуть, что речь идет о тен денции, а не о конкретном движении. По крайней мере, в обозримом будущем не прекратят свое существование национальные особенности, национальные культуры и традиции. Про цесс объединения людей в единое целое понимается как создание всеземной кооперации, при званной совместно решать в общих интересах стоящие перед человечеством проблемы. Такой процесс возможен лишь при условии резкого расширения сознания, роста духовности отдель ных людей и их сообществ.

В биологии особая роль принадлежит эволюционным идеям, выдвинутым Ч.Дарвиным в прошлом веке. Историческое значение дарвиновских идей огромно, они не только внедрили в биологию эволюционистские представления и совершили переворот во взглядах на происхо ждение человека, но оказали влияние на все естествознание и даже на социологические разде лы науки. Без преувеличения можно утверждать, что с теории Дарвина в XIX веке началось широкое внедрение эволюционистских представлений в научное мышление. Но дарвиновское представление об эволюции не охватывало всего мироздания в целом, да и в биологии оно ограничивалось внутривидовыми процессами. В своем классическом виде теория Дарвина предполагает плавность развития, в этом процессе отсутствуют скачки. Такой взгляд на раз витие создал для дарвиновской теории непреодолимые трудности, неспособность объяснить появление новых видов, резкие смены флоры и фауны в истории развития биосферы. "Вопре ки первоначальному положению Дарвина об отсутствии скачков в эволюции, - пишет М.В.

Волькенштейн [57], - возникновение вида имеет скачкообразный характер... В эволюции этапы непрерывного развития в устойчивом режиме чередуются с переходными этапами, по добными фазовым переходам. Переходы эти неравновесны".

Механизм эволюции определен классической дарвиновской триадой: изменчивость, на следственность, естественный отбор. Достижения генетики, молекулярной биологии, об щие положения теории самоорганизации потребовали пересмотра основ дарвиновской теории эволюции. Изменчивость в классической триаде предполагает случайное изменение какого-то признака, и оно затем наследуется организмом, а естественный отбор беспощадно отбраковы вает те признаки вместе с их носителями, которые не подходят к условиям существования. По современным представлениям все выглядит значительно сложнее. Классическую изменчи вость теперь связывают с мутациями, спонтанно возникающими в генном наследственном аппарате (геноме). Именно мутирующий ген создает у особи новый признак. Но сам по себе этот факт еще мало что значит. Дело в том, что минимальной, элементарной единицей эволю ции в биосфере считается не особь, судьба которой, в общем-то, не столь важна для вида в целом, а популяция, то есть группа особей одного вида, участвующих в процессах скрещива ния между собой. Закрепление нового признака в популяции считается свершившимся фак том, если частота его появления в группе превысит некоторый уровень, считающийся порого вым. А это произойдет в том случае, если новый признак окажется ценным для популяции в целом. Изложенные представления вызвали частичный пересмотр классической теории эво люции, на их основе сформировался синтез дарвинизма с новейшими достижениями генетики, получивший название синтетической теории эволюции. Но и такой синтез не закрыл всех рас хождений классической теории эволюции с новейшими научными данными.

Пожалуй, самым важным и удивительным результатом стало понимание того, что биоло гическая эволюция протекает не случайными путями. Многочисленные факты последнего времени позволяют все более уверенно говорить о ее направленном характере, о ее "канали зации". Отмечается явное ускорение эволюции во времени. В своем начальном периоде жизнь на Земле была представлена одноклеточными организмами, и этот период продолжался более 2,5 миллиардов лет. После появления многоклеточных организмов в течение 400 миллионов лет было достигнуто необычайное разнообразие животного и растительного мира, в котором господствовали рептилии. Развитие млекопитающих и птиц потребовало только 100 миллио нов лет, приматов - 60 миллионов, гоминиды возникли 16 миллионов лет назад, прямые пред ки человека – примерно 3 миллиона лет назад, современный человек начал формироваться примерно 60 тысяч лет назад, а история развития человеческой цивилизации – это история необычайного ее ускорения во времени. На современном этапе развития биосферы известны многочисленные примеры того, что направленно возникают новые свойства, новые поведен ческие реакции и их невозможно объяснить в рамках классической триады. Поэтому офици ально признанной задачей эволюционной биологии стало выяснение тех факторов и механиз мов, которые создают "канализацию" и ускорение биологических процессов развития.

В этом плане обращают внимание на следующее. Во-первых, не всякая мутация гена вы зывает изменение связанного с ним признака, для этого необходимо воздействовать не на ген в целом, а на его "ядро", что резко снижает вероятность кардинальных последствий для его свойств случайного повреждения гена. Известно, что большинство мутаций создает неблаго приятные новые признаки. Известно также, что существует достаточно эффективный меха низм стабилизации генома и даже реставрации поврежденных его участков. Следовательно, геном обладает развитой способностью противостоять случайной изменчивости, а именно она лежит в основе классической эволюционной теории. Во-вторых, известны случаи изменения наследуемого признака при отсутствии мутации гена. Такие события вызываются внезапными изменениями положения так называемых скачущих генов. Они не занимают в хромосоме раз и навсегда заданного места и до поры, до времени не участвуют в наследственной передаче оп ределенного признака. Но при "неожиданной" смене положения они способны проявить на следственную активность. Скачущие гены составляют до 10% генома. В-третьих, мутации и перемещения скачущих генов не совсем случайны, подозревают, что изменения генома на са мом деле регулируются и управляются пока неизвестным нам механизмом, реагирующим на состояние окружающей среды.

Таким образом, предположительно регулируемая изменчивость генома может рассматри ваться как один из факторов направленной биологической эволюции. Другим фактором спе циалисты считают вирусы. "В последнее время становится все более очевидной роль вирусов как переносчиков генетической информации от одного вида к другому. Эта идея, как подчер кивают развивающие ее ученые, объясняет важную особенность жизни: ее генетико информационное единство, которое вместе с единой химической основой и историческим единством характеризует живой мир как непрерывно обогащающуюся систему. Новые науч ные данные показывают, однако, что естественный отбор – не единственный движущий фак тор эволюции" [53].

К сказанному остается добавить, что эволюционный процесс в биосфере носит многоуров невый характер. В разное время эволюция протекала, и продолжает протекать в наши дни, на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов, организмов, популяций, биоценозов. Различаясь на каждом из этих уровней, процессы эволюции сливаются в единый процесс развития биосферы.

Возвращаясь к роли человека в этом потоке жизни, отмечают следующее. Феномен Чело века ставит перед наукой в сложившихся условиях серьезные проблемы. По убеждению Тейя ра де Шардена, на первый план выдвигается настоятельная необходимость познания самого человека. "Человек, как "предмет познания" – это ключ ко всей науке о природе... Расшиф ровать человека, значит, в сущности, попытаться узнать, как образовался мир и как он должен продолжать образовываться... Если у человечества есть будущее, то оно может быть пред ставлено лишь в виде какого-то гармонического примирения свободы с планированием и объ единением в целостность" [56]. Но при этом "Человек – самый таинственный и сбивающий с толку исследователей объект науки". Возникающие в биосфере в связи с феноменом человека проблемы рассмотрим в следующей главе.

3.8. От биосферы к ноосфере?



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.