закономерно и необратимо изменяется. Это естественный биогеохимический

процесс, идущий независимо от воли и деятельности человека. Когда он протекает

без резких отклонений, говорят об устойчивом развитии экосистем

и в целом биосферы Земли. В этом определении отражено единство

противоположностей: устойчивость, гомеостаз, с одной стороны, и развитие,

необратимое изменение - с другой. Нарушение устойчивого развития означает

наступление экологического кризиса, чреватого таким изменением

биосферы, которое станет несовместимо с жизнью человечества. Основной причиной

необратимых изменений биосферы в XX столетии стала хозяйственная деятельность

человека. Задача науки экологии - понять движущие силы устойчивого развития,

спрогнозировать экологический кризис, а задача общества - воспринять новое

экологическое мышление и принять своевременные меры к недопущению кризисных

состояний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 4

Саморегуляция и поддержание устойчивого состояния - гомеостаз -

обязательное свойство живых систем, не зависимо от уровня их сложности.

Регулируется и поддерживается относительное постоянство физико-химических

параметров клетки. Сохраняется в пределах физиологической нормы состояние

тканей и органов многоклеточного организма. Воспроизводится состав живых

сообществ в биоценозах. В основе поддержания гомеостаза лежит универсальный

принцип обратной отрицательной связи.

В то же время живые системы направленно и необратимо изменяются,

самоорганизуются, что составляет сущность их развития. Клетки

дифференцируются, работают и умирают. Организмы растут, размножаются, стареют и

умирают. Биоценозы подвергаются сукцессиям и так же необратимо изменяются с

изменением климата на Земле. Направленное изменение биосистемы по сути

противоположно гомеостазу, оно происходит на основе обратных положительных

связей.

Устойчивость, неизменность биосистем, с одной стороны, и их постепенное

изменение, развитие - с другой - представляют диалектическое единство

противоположностей, что и выражается понятием устойчивое развитие. При

естественном и сбалансированном течении этих процессов клетки нормально

функционируют на протяжении всей жизни организма, человек в полном здравии и

уме доживает до 100-150 лет, биосфера Земли сохраняет перспективу

жизнеспособности на миллионы лет. Однако разум человека, ставший частью

биосферы и превративший ее в качественно новое образование - ноосферу, способен

в короткое время разрушить процесс устойчивого развития. Мы проделываем это со

своим собственным организмом, когда курим, злоупотребляем алкоголем, принимаем

наркотики, не предостерегаемся от инфекций, много работаем и мало отдыхаем - в

итоге сокращаем свою жизнь вдвое. Мы напрягаем до предела и вот-вот сломаем

равновесие своей экологической системы. Отравленные воды, непригодные для

питья; озоновые дыры в атмосфере, несущие губительные ультрафиолетовые лучи;

парниковый разогрев земной поверхности от избытка в атмосфере углекислого газа

и быстрое таяние полярных льдов; накопленные арсеналы ядерного, химического и

биологического оружия, способные многократно уничтожить все живое на земле ...

- вот далеко не полный перечень итогов «разумной» деятельности человека в своем

общем доме. Сумеет ли человечество осознать происходящее и принять меры прежде,

чем эти изменения войдут в кризисную стадию? Есть ли еще шанс сохранить

устойчивое развитие биосферы или мы доживаем последнее столетие? Увы, но

сейчас никто не возьмет на себя смелость дать положительные ответы на эти

вопросы.

ТЕМА 5. КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ. ФИЛОГЕНЕЗ

Сегмент 30. Проблема самоорганизации и наука синергетика

Сегмент 31. Возникновение жизни на земле

Сегмент 32. Этапы развития жизни на земле и современное биоразнообразие

Сегмент 33. Факторы биологической эволюции

Сегмент 34. Происхождение и эволюция человека

Заключение к теме 5

СЕГМЕНТ 30. ПРОБЛЕМА САМООРГАНИЗАЦИИ И НАУКА СИНЕРГЕТИКА

В предыдущей теме, рассматривая закономерности и механизмы саморегуляции

живых систем, мы вынуждены были затронуть и проблему самоорганизации

. Несмотря на созвучность терминов и их кажущуюся однозначность, на самом деле

они выражают альтернативные понятия. Как мы только что показали на примере

экологических систем, саморегуляция означает поддержание стабильного состояния

системы, ее гомеостаз на основе обратных отрицательных связей, тогда как

самоорганизация - это необратимое изменение, развитие системы на основе

обратных положительных связей. В соответствии с законами диалектики эти две

обеспечивают процесс устойчивого развития биосистем.

В этой теме мы должны более основательно рассмотреть вопросы происхождения и

исторического развития жизни на Земле, эволюцию живых форм, причины и

движущие силы этих глобальных процессов. Ключевым понятием в проблеме

процесса развития. В кругу этих проблем на стыке интересов физики, химии,

биологии, а также социологии и философии во второй половине XX века возникла

новая наука синергетика (от греческого synergos - совместно

действующий) - наука о самоорганизации физических, биологических и социальных

систем.

До недавнего времени проблема эволюции жизни оставалась чисто биологической, так

как еще в XIX веке эволюция в неживых системах понималась физиками иначе, чем в

биологии. Обращаясь с системами закрытого типа, теплофизика считала, что их

самопроизвольное изменение, то есть эволюция, протекает путем дезорганизации и

разрушения систем. При этом доля свободной энергии, способной к совершению

работы, в системе убывает, а энтропия системы - деградированная, отработанная

энергия - растет и стремится к максимальному значению. Этот закон был

сформулирован как второе начало термодинамики, о чем мы уже

говорили в сегменте 12. Однако оказалось, что реальные системы в природе

производству работы. Можно сказать, что открытая развивающаяся система

производит энтропию, но не накапливает ее, а рассеивает во внешнюю среду.

Таким образом, интерес ученых сместился к изучению открытых диссипативных

систем и принципов их взаимодействия с внешней средой, так как в этом

взаимодействии и виделся ключ к пониманию универсальных законов эволюции.

Диссипативные системы - способные к поглощению и диссипации

самоорганизацию - существуют на разный уровнях организации материи. Мы уже

видели это на примере жизнедеятельности элементарной живой системы - клетки

(см. сегмент 12 и рис. 4). За счет солнечной энергии или энергии

экзотермических химических реакций клетка строит из простых неорганических

веществ сложные органические вещества, поддерживает свою целостность и

развитие, тем самым противодействуя росту энтропии.

Оказалось, что диссипативные процессы самоорганизации происходят и в неживой

природе. В 60-70-е годы XX века физиками открыты кооперативные резонансные

процессы элементарных частиц в лазере, происходящие под действием внешнего

света, а в химии открыты колебательные реакции, идущие по принципу «химических

часов». Причем движущей силой самоорганизующихся реакций, пружиной химических

часов может выступать такая незаметная на первый взгляд сила, как

гравитационное поле Земли. Колебательная химическая система, названная

брюсселятором, изучена отечественными учеными радиохимиком Б. П. Белоусовым и

биофизиком А. М. Жаботинским. При свободном поступлении в такую систему

химических субстратов и при наличии в ней катализаторов происходит реакция,

продукты которой удаляются, освобождая место для поступления новой порции

субстрата. Реакция идет по замкнутому циклу и в результате изменения

концентрации реагирующих веществ сопровождается образованием характерных

пространственных структур - в виде расходящихся колец на реакционной

поверхности. Создается впечатление пульсирующей, «живущей» химической системы.

Теоретическое объяснение и математическую модель процессов самоорганизации

диссипативных структур предложил бельгийский физико-химик И. Р. Пригожин,

получивший в 1977 г. за эту работу Нобелевскую премию. Назовем основные

положения синергетики, объясняющие механизм самоорганизующихся

процессов. С некоторыми из них мы уже хорошо знакомы.

1. Самоорганизующаяся система должна быть открытой - доступной для

обмена веществом, энергией и информацией с внешней средой.

2. Система должна быть неравновесной, то есть находиться достаточно

далеко от точки термодинамического равновесия (точка дезорганизации с

максимальной энтропией), так как вблизи этой точки наступает необратимое

скатывание к равновесному состоянию.

3. Образование нового порядка через флуктуации. В системе всегда

возникают флуктуации - случайные отклонения от среднего положения. По законам

саморегуляции они устраняются, но при достаточной неравновесности системы за

счет свободной энергии отклонения усиливаются, наступает момент бифуркации

- переломная точка в развитии системы, за которой возможно устойчивое отклонение

от прежнего состояния. Прежний порядок исчезает, возникает и закрепляется новый

порядок элементов в системе.

4. Самоорганизация ведет к новому порядку согласно принципу

обратной положительной связи, по которому отклонения в системе не

устраняются, а напротив, закрепляются и усиливаются.

5. Самоорганизация ведет к нарушению симметрии - структура и

свойства системы до и после точки бифуркации не симметричны, то есть

различаются в следствие необратимости процессов развития.

6. Самоорганизация возможна при некотором критическом количестве элементов в

системе, достаточном для возникновения их кооперативного поведения. Путь к

новому качеству возможен через изменение количества.

Разумеется, здесь приведены лишь самые необходимые условия самоорганизации. В

зависимости от уровня сложности развивающихся систем, могут появляться и

другие, частные факторы, необходимые и достаточные для полноценной эволюции.

Наша дальнейшая задача - найти эти факторы в процессах исторического развития

жизни на Земле. И первый вопрос - о происхождении жизни как таковой.

СЕГМЕНТ 31. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

От античных времен до средних веков многие философы и ученые считали, что

живые организмы могут возникать из неживой материи. Но эта принципиально

важная мысль не получала доказательств. Представления о происхождении лягушек

и рыб из ила, а мух из гнилого мяса были опровергнуты в 1661 г. итальянским

врачом Франческо Реди, который в простых опытах показал, что мухи возникают

не из мяса, а из яиц, отложенных в мясо другими мухами. Через 200 лет

выдающийся французский микробиолог Луи Пастер поставил точку в спорах о

самозарождении жизни, доказав, что даже микробы - мельчайшие свободноживущие

клетки - не могут возникать из мертвой, прокипяченной питательной среды. При

этом Пастер убедил даже виталистов, которые считали, что для возникновения

жизни нужна особая «жизненная сила». Он придумал знаменитую колбу с длинным

S-образным горлышком, в которой после кипячения бульона, несмотря на то, что

горлышко оставалось открытым и доступным для «жизненной силы», микробы тем не

менее не заводились. В 1862 г. Пастер по этому поводу выиграл специальную

премию Французской академии наук, объявленную тому, кто разрешит проблему

самозарождения жизни. Восторжествовал закон: все живое - от живого. Но

значило ли это, что жизнь не могла зародиться на Земле из неживого субстрата

в доисторические времена, когда еще не было никаких организмов, да и состав

земной поверхности, вероятно, был другим, нежели в современную эпоху? Тогда

откуда и как появились первые живые существа, хотя бы те же бактерии?

Убедительного ответа на этот вопрос нет до сих пор, хотя имеются более или

менее обоснованные гипотезы.

Так называемая «гипотеза» креационизма - о сотворении жизни

сверхъестественным, божественным существом - не имеет никаких доказательств.

Она основана на вере и является по сути не научной, а религиозной идеей,

поэтому нами рассматриваться не будет.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23