Часть II

Устойчивость развития глобальной системы

Глава 1

Глобальная эволюция

как устойчиво неравновесный процесс

Принципиальное различие между локальным и глобальным процессом эволюции. Локальный процесс. Глобальный процесс. Механизм роста. Механизм развития (естественный отбор). Механизм ускорения развития — конкурентная борьба. Неустойчивое равновесие третьего рода. Магистраль эволюции.

1. Принципиальное различие между локальным и глобальным

процессом эволюции

Существует принципиальное различие между совокупностью всего живого, населяющего планету, и отдельным живым организмом: смертность индивидуума и геологическая вечность явлений жизни в процессе эволюции. Имеет место противоречие между глобальным и локальным процессами, которое разрешается на протяжении четырех миллиардов лет.

2. Локальный процесс

Любая живая система (клетка, растение, животное, человек, государство) в процессе своего существования проходит определенный «жизненный цикл»: рождение, рост, развитие, стагнация, деградация, смерть.

На этапах рождение, рост и развитие любой живой объект ведет себя как неравновесная система, удаляющаяся от состояния равновесия. На этапах деградация и смерть любой живой объект ведет себя как неравновесная система, приближающаяся к состоянию равновесия.

В «момент» рождения появляется способность совершать внешнюю работу, а в «момент» смерти такая способность исчезает. Живая система переходит в другой класс систем. И тем не менее ЖИЗНЬ существует всю геологическую историю Земли, насчитывающую 4 миллиарда лет. И в этой истории нет ни одного примера наличия абионеза. Как это происходит?

3. Глобальный процесс

Около 4-х млрд. лет тому назад на Земле сложились такие материально-энергетические условия, когда возникло неустойчивое динамическое равновесие первого рода: доминирование на поверхности планеты процессов рассеяния энергии сменилось все более возрастающим во времени и пространстве влиянием процессов концентрации свободной энергии. Вероятно, что в это время и сложились физико-химические условия для протекания эндотермических фотохимических реакций. Произошла первая планетарная перестройка — качественный скачок от неустойчивого равновесия к устойчивому неравновесию, —возникла планетарная система живого вещества.

Возникшее при определенных космоэнергетических условиях раскаленное тело Земли за счет огромной разницы в температурах с космической средой стало охлаждаться, излучая тепло в космическое пространство, стремясь к состоянию энергоэнтропийного равновесия с окружающей средой. В результате этого излучения создались условия для образования атмосферы — своеобразного экрана — защитного барьера, предохраняющего Землю от проникновения жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и способствующего конденсации водяных паров. Накапливающаяся в атмосфере вода под действием силы тяжести стала проливаться на землю, формируя гидросферу Земли — своеобразный катализатор процессов минерализации и кристаллизации, сформировавших литосферу Земли.

Формирование атмосферы, гидросферы и литосферы Земли проходило под воздействием уменьшающегося потока излучаемой в космос энергии. На протяжении всего этого времени поверхность Земли вела себя как неравновесная система, стремящаяся к состоянию равновесия, т.е. как открытая система, которая с течением времени теряет способность совершать внешнюю работу. При этом поток излучаемой энергии убывал с течением времени, а поток космической энергии, достигающий поверхности Земли, возрастал по мере охлаждения поверхности Земли, оставаясь при этом меньшим по величине, чем поток излучаемой энергии.

Наступило время, когда возрастающая плотность потока космической энергии сравнялась по величине с убывающей плотностью потока энергии, излучаемой поверхностью Земли в мировое пространство, возникло неустойчивое равновесие.

В это время и сложились физико-химические предпосылки для возникновения земной формы жизни. Физическая предпосылка состояла в том, что при целочисленности отношений потоков возникли условия их резонансных взаимодействий.

Химическая предпосылка состояла в том, что создались условия для протекания эндотермических фотохимических реакций, дающих возможность аккумулировать энергию Солнца и превращать ее в потенциальную энергию продуктов фотосинтеза.

Оба этих условия мы подробно рассмотрели в первой части работы.

Рождение биосферы можно рассматривать как планетарно-космическую «особую точку — a» (в терминологии Тейяр де Шардена) — качественный скачок, до которого на поверхности Земли преобладали диссипативные процессы неживой природы, а после которого стали преобладать антидиссипативные процессы живой природы. Под действием лучистой энергии возникает и необратимо развивается органическая жизнь Земли. При этом, если в неживой природе лучистая энергия является шлаком, своеобразным отбросом дифференциации вещества, то по отношению к явлениям органической жизни она становится причиной, движущей силой, обуславливающей возникновение и развитие живой природы (рис. 6.1.).

Рис. 6.1

Можно было бы допустить, что после того, как некоторая часть лучистой энергии перешла в потенциальную форму энергии живого вещества на поверхности нашей планеты, то процесс дальнейшего накопления этой энергии будет остановлен. Однако, биогеохимический анализ эволюции живого вещества (включая человеческую популяцию) показывает, что такой тенденции по ходу эволюции не обнаруживается. За четыре миллиарда лет эволюции «процесс жизни не только не обнаруживает тенденции затухания, а, наоборот, охватывает все большую и большую часть вещества биосферы».

Не исключено, что был момент, когда количество живого в биосфере было минимально, а теперь 10¹⁵ т, имеет место «прогрессирующее увеличение свободной энергии живого вещества при сохранении общей массы биосферы (включая косное вещество)» (В.Вернадский).

4. Механизм роста

Рассмотрим его вначале на примере жизнедеятельности первичного примитивного живого организма. Допустим, что таким организмом являются архебактерии, существовавшие на самой ранней стадии эволюции живого вещества. Примитивный живой организм, получая с питанием поток энергии, преобразует его в процессе жизнедеятельности с некоторым коэффициентом полезного действия и производит продукты своей жизнедеятельности, важнейшим из которых является идентичное воспроизводство себе подобных — самокопирование. В этот процесс примитивный живой организм вовлекает необходимый ему поток элементов косного вещества, энергетическая мощность которого может измеряться затратами энергии организма на его вовлечение. Кроме самокопирования живой организм производит и некоторую побочную продукцию, измеримую перенесенной на эту продукцию энергией. Часть потребляемой организмом энергии рассеивается в окружающей среде (например, на теплообмен с окружающей средой). Вновь образованные живые организмы (копии) включаются в описанный процесс воспроизводства, чем и обеспечивается рост потока свободной энергии.

Нетрудно убедиться в том, что эти характеристики являются существенными не только для примитивных организмов, но и для любых живых организмов и их популяций. Как известно, описанный механизм процесса воспроизводства может быть представлен геометрической прогрессией. При этом популяция самокопирующих организмов способна очень быстро, в течение нескольких дней, заполнить все пространство планеты, если имеются необходимые условия для существования.

Поскольку величина потока необходимых для жизнедеятельности популяции ресурсов на планете ограничена, максимальная мощность популяции также ограничена. С истощением запасов невозобновимых ресурсов мощность популяции будет снижаться. Кроме того, снижение темпов роста популяции происходит в связи с накоплением побочной продукции в окружающей среде, которая оказывает угнетающее воздействие на рост популяции в целом.

Следовательно, рост популяции однотипных организмов не обеспечивает устойчивую неравновесность. Необходимо разнообразие видов. Это означает, что для дальнейшего роста должны существовать дополнительные механизмы.

5. Механизм развития (естественный отбор)

При эволюции видов сохраняют развитие те, которые своей жизнью увеличивают эффективность использования потоков свободной энергии за счет увеличения КПД организма или изменения спектра потребляемых веществ и энергии. При этом:

· Эволюция по пути увеличения КПД организмов и популяций приводит последовательно к усложнению и специализации структур организмов, повышению их целостности и к появлению информационно-управляющих механизмов их сбалансированной регуляции с окружающей средой (защитные реакции, управление движением) — нервной системы. Высшим продуктом этого направления эволюции явилась трудовая функция.

· Порождает рассогласование в темпах роста, что приводит к конкурентной борьбе за источники мощности и к смене одних видов другими.

Около 2-х млрд. лет тому назад на смену бактериям и сине-зеленым водорослям пришли простейшие одноклеточные и примитивные грибки. 1,5—1 млрд. лет назад возникли беспозвоночные кишечно-полостные, черви и моллюски. 500 млн. лет назад — хордовые рыбы. 300—400 млн. лет назад появились земноводные, 200—300 млн. лет назад — рептилии, 100 млн. лет существуют млекопитающие, 20 млн. лет — обезьянолюди, рамопотеки, гоминиды. И лишь миллион лет тому назад в результате жестокой борьбы со смертью появился вид Homo Sapiens, обеспечивающий посредством труда больший поток свободной энергии, чем любой другой вид.

В 1930 г. Р.Фишер вывел основную теорему естественного отбора, согласно которой более активные особи, лучше использующие энергию внешней среды, вытесняют в процессе смены поколений менее активных особей. Аналогичный вывод следует из второго биогеохимического принципа В.И.Вернадского и принципа устойчивой неравновесности Э.Бауэра.

Каков механизм этой смены?

6. Механизм ускорения развития — конкурентная борьба

В период рождения новой системы ее полезная мощность существенно меньше полезной мощности старой. Однако темп роста новой системы выше, т.е. имеет место неравномерность развития, проявляющаяся в рассогласовании темпов роста полезной мощности. С течением времени это рассогласование в скорости развития постепенно приводит к уменьшению разрыва в соотношении их мощностей. Наступает такой период, когда в результате неравномерности развития, рассогласования в темпах роста происходит пересечение мощностей. Мощность новой системы временно становится равной мощности старой системы: наступает период неустойчивой равновесности. Такой период уместно называть переходным или критическим в процессе борьбы живых систем. Мы его назвали

7. Неустойчивое равновесие третьего рода

В условиях переходного периода созревают предпосылки победы новой системы и поражения старой. Поэтому переходный период всегда является критическим. За пересечением мощностей, т.е. их временным равновесием, следует больший темп роста победившей системы и замедление роста мощности системы, потерпевшей поражение; происходит перестройка от неустойчивого равновесия к устойчивому неравновесию.

Смена одних видов другими в ходе естественно-исторического процесса всегда сопровождались переходными периодами (циклами), которые фиксировали пространственно-временную границу доминирования одних видов над другими.

На этих границах происходит качественный скачок — ускорение развития: заканчивается один цикл и наступает новый: заканчивается «жизненный» цикл (волновой элемент) одного вида и на смену приходит «жизненный» цикл нового вида (другой волновой элемент) (рис. 6.2.).

Цикличность в эволюции живого обладает четырьмя волновыми динамическими свойствами:

1) существует начало и конец цикла, определяемые расстоянием между динамически неустойчивым равновесием мощностей конкурирующих систем;

2) это расстояние в ходе эволюции ускоренно сокращалось при смене одних видов другими: от 2-х млрд. лет (когда на смену бактериям и сине-зеленым водорослям пришли одноклеточные грибки) до нескольких миллионов лет (когда на смену рамопотекам и гоминидам пришел Homo sapiens);

3) процесс жизненного цикла имеет волновой характер: амплитуду, длину и частоту;

4)

амплитуда (прирост полезной мощности) на новом цикле выше амплитуды предыдущего, а длина и частота волны — меньше.

Рис. 6.2.

8. Магистраль эволюции

Магистралью эволюции является ускоряющийся волновой динамический процесс от неустойчивого равновесия к устойчивому неравновесию.

В ходе этого процесса и разрешается противоречие между конечностью существования отдельного индивидуума и геологической вечностью явлений Жизни в пользу неубывающего темпа роста потока свободной энергии системы в целом.

Так проявляется принцип устойчивой неравновесности в явлениях Жизни, не затронутых трудом и разумом Человека.

Со времени отделения рода Homo sapiens от других живых организмов человечество охватывает всю планету. Это явление нельзя назвать случайным, его корни лежат глубоко и подготавливались всем ходом естественно-исторического геологического процесса, связанного с созданием человеческого мозга. Если выделение человека из всех живых организмов есть проявление длительного космопланетарного процесса, то этот процесс получает особое значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу — труд и мышление человека. Но зачем природе Человек? Почему ей понадобилось создавать эту новую силу? Какие энергетические и геологические условия породили труд и разум человека?

Оглавление

Вперёд