научная статья по теме ПЕРЕХОД К УПРАВЛЯЕМОЙ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ Науковедение

Текст научной статьи на тему «ПЕРЕХОД К УПРАВЛЯЕМОЙ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ»

ПЕРЕХОД К УПРАВЛЯЕМОЙ ЭВОЛЮЦИИ

БИОСФЕРЫ

Член-корреспондент РАН Алексей ЯБЛОКОВ, Институт биологии развития им Н.К. Кольцова РАН (Москва), доктор биологических наук Владимир ЛЕВЧЕНКО, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН (Санкт-Петербург), доктор биологических наук Анатолий КЕРЖЕНЦЕВ, Институт фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино Московской области)

Еще академик Владимир Вернадский писал о том, что современный человек по масштабам воздействия на биосферу

стал «геологической силой». Но его грандиозная, поистине планетарная деятельность пока имеет стихийный характер. Это связано с непониманием значимости происходящих в биосфере процессов, обеспечивающих пригодные для поддержания жизни свойства среды обитания, а также с недооценкой антропогенной трансформации круговоротов вещества, потоков энергии и информации. Политические и экономические решения принимаются исходя из парадигм предшествующих эпох, в то время как экологическая ситуация на планете стремительно меняется. В ноосферу — сферу взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная деятельность людей станет определяющим фактором развития, биосфера может превратиться лишь при условии, что человек («биосоциальное вещество») научится управлять ее эволюцией.

Некоторые черты развития биосферы в фанерозое до антропоцена: изменение концентрации атмосферного СО2, динамика образования органики, накопления карбонатов и развития крупных таксонов наземных организмов в фанерозое (по Левченко, 2011). Циклы и 200 млн лет, вероятно, как-то связаны с обращением Солнечной системы вокруг центра Галактики приблизительно с таким же периодом.

сог%

ОА 0.2 О

ч

20 "С

15 ' 6

10 - ч

5 - 2

0

V

600 500 400 300 200 100 О

I ? шиш \p\t\j\ к ш

Атмосферный >"(/,

Органическое вещество

Карбонаты

Похолодания

Млекопитающие

Насекомые

Покрытосеменные

Рептилии, птицы

Голосеменные

Амфибии

Папоротникообразные, хвощи

Археи и бактерии

пшх

Млн лет Периоды

РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ ДО ЧЕЛОВЕКА

В эволюции биосферы в течение фанерозоя* (с кембрия до антропоцена**) прослеживаются циклы в 200 млн лет. Заметим, что этот период близок к периоду обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики. К середине каждого цикла усиливалось газоотделение из недр планеты из-за более интенсивных геологических процессов (в том числе существенно увеличивалось количество углекислоты в атмосфере), с некоторым временным сдвигом менялся климат, и возникали принципиально новые группы организмов. Есть данные, что циклично менялось и содержание кислорода в атмосфере, и уровень Мирового океана. Кроме того, при этом проявлялись особенности, связанные с дрейфом континентов и распадом Пангеи (древнего суперконтинента).

Количество углекислого газа (СО2) в атмосфере до антропоцена (последние 2 млн лет) регулировалось в биосфере естественными процессами: «быстрым»

*Фанерозой — отрезок времени геологической истории, начавшийся около 550 млн лет назад и продолжающийся в наше время; началом фанерозоя считается кембрийский период (~542—485 млн лет назад) (прим. ред.).

**Антропоцен — термин введен в 2000 г. голландским химиком, специалистом в области химии атмосферы Паулем Крутценом (нобелевский лауреат 1995 г.) для обозначения отрезка истории, в котором деятельность человека начала оказывать серьезное воздействие на окружающую среду (прим. ред.).

углеродным циклом, связанным с жизнедеятельностью организмов, и «медленным», сопряженным с геологическими процессами: СО2 с разной интенсивностью выделяется из недр и в то же время аккумулируется в углеродсодержащих породах. У каждой геологической эпохи было свое равновесное содержание углекислоты в атмосфере.

К антропоцену основные природные возможности возникновения более эффективных фотосинтезаторов, создающих основную массу органического вещества на поверхности планеты (в экологии их называют растительными продуцентами), по-видимому, были исчерпаны. Это связано как с ограничениями со стороны физиологических и биохимических механизмов самих растений, так и с усложнением структуры растительных сообществ. Задолго до антропоцена возникли максимально эффективные хлорофиллы, использующие солнечную радиацию, а растительные сообщества стали настолько сложными, многоярусными, повсеместными и взаимозаменяемыми, что практически вся доступная для фотосинтеза при каждых конкретных условиях часть солнечной энергии полностью ими перехватывалась. Яркий пример такой сверхпродуктивности демонстрируют современные дождевые леса (с годовым количеством осадков не менее 2000—7000 мм). В последние несколько десятков миллионов лет (включая антропоцен) не

Наука в России №4, 2014

Круговорот вещества в биосфере до антропоцена.

ПРОДУЦЕНТЫ

/ \

ШЯк КОНСУМЕНТЫ

РЕДУЦЕНТЫ

появилось принципиально новых, более продуктивных растительных сообществ.

Формирование человека (рода Номо) — естественный этап развития биосферы: к моменту его появления она, по-видимому, достигла максимальной сложности за всю свою историю, и это способствовало возникновению и быстрому расцвету высокоорганизованных животных с развитым мозгом, коммуникацией и очень сложным поведением, в частности приматов. Вряд ли такое было бы возможно в случае более просто устроенной биосферы с меньшим биоразнообразием.

Появление Человека разумного (Homo sapiens), как вида, вырвавшегося в эволюции из рамок чисто биологических закономерностей, означает принципиальное изменение условий эволюции биосферы: над природными закономерностями (физико-химико-биологическими) постепенно начинают доминировать антропосоциальные. Поэтому выдвинутая в 20-е годы ХХ в. российским естествоиспытателем и мыслителем Владимиром Вернадским, французским математиком и философом Эдуардом Леруа, а также его соотечественником геологом, палеонтологом и католическим философом Пьером Терьяр де Шарденом концепция возможного перехода от биосферы к ноосфере описывает, скорее всего, закономерное продолжение эволюции материи. Однако вызванный человеком глобальный экологический кризис показывает, что переход — если он произойдет — будет весьма болезненным и для биосферы, и для самого человека.

ПОЧЕМУ БИОСФЕРА «ТРЕЩИТ ПО ШВАМ»?

Глобальный экологический кризис определяется тысячекратно более быстрыми изменениями эволю-ционно-сложившихся параметров круговоротов ве-

щества, потоков энергии и информации (как суммы генетических кодов и их осуществления) в последние полтора столетия, чем это бывало в прошлые эпохи развития биосферы. Кратко перечислим главные составляющие этого кризиса.

Наблюдается широкое проникновение в биосферу глобальных и «вечных» загрязнителей (стойкие органические загрязнители, радионуклиды, ртуть и др.) — ксенобиотиков, опасных для всего живого. В результате антропогенных выбросов радиоактивных веществ средняя фоновая радиоактивность на поверхности Земли впервые за последние сотни миллионов лет стала расти. По подсчетам, общее число наименований производимых в мире химических веществ и их соединений превышает 250 тыс. Даже в пуповинной крови новорожденных выделяются сотни чужеродных веществ.

Усиливается антропогенное загрязнение атмосферы. В воздух ежегодно выбрасывается около 40 млрд т загрязняющих веществ (более 6 т/чел/год). В 2013 г. концентрация СО2 достигла максимума за последние по крайней мере 800 тыс. лет (возможно, за 20 млн лет).

Происходит антропогенное изменение лика планеты. Ежегодно добывается более 100 млрд т минеральных веществ (14 т/чел/год), в результате антропогенной эрозии перемещается столько же почвогрунтов. Зарегулирован сток половины речных систем Земли. Площадь лесов сокращается примерно на 100 тыс. км2/год. За последние 200 лет уничтожена половина тропических лесов (около 8 млн км2), к 2030 г. их останется только 10% от существовавших до начала антропоцена.

Отмечается антропогенное изменение климата. Оно проявляется в общем потеплении поверхности планеты, учащении и интенсификации аномальных атмос-

Круговорот вещества в современной биосфере: зеленые стрелки — природный круговорот биомассы; 1 — «рикошет» антропогенной продукции от естественных редуцентов; 2 — захораниваемая антропогенная продукция; 3 — добываемые минеральные ресурсы; 4 — антропогенные биофильные вещества (по Керженцеву, 2006).

ферных явлений, дестабилизации осадков, подъеме уровня Мирового океана («3 мм/год).

Сокращается биоразнообразие. По расчетам, ежедневно исчезают несколько видов, а всего в течение XXI в. безвозвратно будут потеряны 50—80% всех видов живых существ. Основная причина их антропогенного вымирания — разрушение местообитаний.

Разрушается экосистема Мирового океана. За последнее столетие он потерял « 40% фитопланктона в результате закисления, вызванного поглощением углекислого газа. Количество крупных рыб в океане сократилось на 90%. Численность 30—40% популяций промысловых видов опасно снижена. Возрастает загрязнение: в некоторых акваториях масса пластиковых частиц почти в шесть раз выше естественной массы планктона. Появляются огромные мусорные острова, увеличивается территория «мертвых зон» (только в Балтике их площадь увеличилась за столетие в 10 раз).

Исследователи фиксируют рост «генетического груза». Локальный всплеск частоты хромосомных аберраций при химическом и радиационном загрязнении свидетельствует, что поток информации в биосфере (в виде передачи от поколения к поколению генетических кодов) в результате генотоксических изменений среды становится все более «замутненным».

Перечисленные факты говорят о том, что в результате глобального экологического кризиса биосфера как единая система теряет целостность и способность к саморегуляции, можно сказать, «трещит по швам».

СБОЙ В СИСТЕМЕ «ПРОДУЦЕНТ -КОНСУМЕНТ - РЕДУЦЕНТ»

Биосферный круговорот вещества и потоков энергии поддерживаются благодаря возникновению в ходе

эволюции Земли системы «продуцент (синтез сложных органических веществ из неорганических авто-трофами и хемотрофами) — консумент (преобразование сложного органического вещества) — редуцент (разложение сложных органических веществ)». До антропоцена

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком