Разумова Е.Р. КСЕ

71

решить перед широким внедрением этих идей в жизнь: до каких пределов наука может вторгаться в человеческий мозг, в его психику.

Нейрофизиологами была установлена асимметрия функционировании головного мозга, т.е. различие левого и правого его полушарий при полной идентичности анатомии. Но многое в работе головного мозга человека остается неясным, и дальнейшее его изучение может принести удивительные результаты.

Контрольные вопросы :

1.Кто такие неандерталец и кроманьонец?

2.Что такое гелиобиология и кто ее основоположник?

3.Что изучает этнология и кто внес большой вклад в эту науку?

Литература: [2, 5, 8, 21, 22].

Раздел VI. Биосфера и экология.

Тема 16. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ноосфера

В буквальном смысле термин«биосфера» означает «сфера жизни»

и в таком	смысле он		был впервые введен		австрийским учен
Э. Зюссом в	концеXIX века. Первоначально			под	этим названием
подразумевалась		только	совокупность	всех	живых	организм,

обитающих на Земле. Но постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых систем на окружающую их среду все настойчивее проникала в на окружающую их среду все настойчивее проникала в сознание ученых.

Стройное, целостное учение о биосфере было дано русским ученым, основоположником геохимии, учеником В.В. Докучаева Владимиром Ивановичем Вернадским. Центральным понятием в этом учении является понятие о живом веществе, которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого, т.е. как живое вещество Земли вместе со средой обитания, с «косным веществом», как называл эту среду В.И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи

космистом,	Вернадский считал, что	жизнь зародилась	вместе с
планетой, поскольку, по его мнению, нет убедительных доказательств
того, что	Земля когда-либо была	безжизненной. Иными	словами,

72
биосфера существовала на Земле всегда. Это расходится с	точкой
зрения А.И.Опарина, о которой было сказано в теме 14.
Биосферу В.И. Вернадский определял также как	одну и

геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой

формируется	в	результате	совокупной	деятельности
организмов. Еще одно определение биосферы–				это совокупность
экосистем Земли (о понятии и			свойствах экосистем . смТему 17).
Биосфера простирается на все			геосферные	оболочки :Землиона

занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно10 км) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 30 км над поверхностью Земли). Ранее уже было сказано, что самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах

ивысотах.

Втеме 13 уже отмечалось, что эволюция шла не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования.

Так

постепенно

складывалось

нынешнеемногообразие

живых

организмов – основа устойчивости биосферы. Сейчас на Земле обитает

около 1 млн. видов животных и более 260 тыс. видов растений, причем

более

75%

видов

животных – это

членистоногие (в

основном

насекомые). Таким образом, по разнообразию видов животные почти в

4 раза обгоняют растения. Однако биомасса растений суши составляет

97%, а

животных

и микроорганизмов–

всего

3%

всей

биомассы

планеты.

Известно,

что

Мировой

океан

занимает

около75%

поверхности

Земли, однако

биомасса

живых

организмов

суши

примерно

в 1000

раз

превышает

биомассу

обитателей

Мирового

океана,

которые

живут

в

основном

в поверхностном

слое

во

толщиной 100 м. Вместе с тем, биологическая продуктивность суши и

океана примерно одинакова, что объясняется быстрым обновлением

живых организмов в океане по сравнению с сушей.

Одной из главных идей В.И. Вернадского в учении о биосфере

была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой

обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов

основных биогенных химических элементов – углерода, водорода, азота

и кислорода, реализующихся в пищевых (трофических) цепях.

Растения

Земли –

это

единственные

живые

организмы,

синтезирующие из неорганического материла(углекислого

газа и

воды) органические

вещества (клетчатку

и

крахмал).

Побочным

73

продуктом этой реакции, называемой фотосинтезом,

поскольку она

осуществляется только на свету, является молекулярный кислород (о

фотосинтезе см. в Теме 12). Растения берут из биосферы все нужные им

для жизни химические элементы и не

нуждаются

в

го

органических соединениях других организмов, т.е. растения Земли –

это автотрофы (лат. троф –пища).

Кроме

того, растения

являются

продуцентами (производителями) органических

веществ,

которыми

питаются травоядные животные– консументы (потребители) первого

уровня.

Травоядными

питаются

хищники–

консументы

второго

уровня. Далее следуют падальщики– в природе все утилизируется,

она не допускает никаких отходов. Когда живые организмы умирают, в

дело

вступают

грибы

и

бактерии– редуценты,

разлагающие

органические вещества до атомов биогенных химических элементов, из

которых формируется гумус (перегной), идущий на питание растений.

Таким образом, круг замыкается. Именно в круговоротах биогенных

химических

элементов

заключаетсягеологическая

роль

живого

вещества планеты.

Ранее,

в

теме 10

уже говорилось

о

том, что

большинство осадочных пород имеют биогенное происхождение, т.е.

живые организмы формируют не только

биологический, но

и

геологический лик планеты.

Консументы всех

уровней

и

редуценты– это гетеротрофы,

поскольку

для

питания

они

используют

тела

других

ж

организмов.

Важной

идеей

В. .ИВернадского

была

мысль

о

космической

роли живого

вещества,

которая

заключается

в

аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию

химических

связей

органических

веществ. Без

солнечной

энергии

были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и

эволюция живых организмов.

Главными принципами существования биосферы, по Вернадскому,

являются

ее целостность

и

гармония.

Физические

пределы

существования жизни довольно малы и определяются мировыми физическими константами. В свою очередь, эти константы задают узкие интервалы температур и давлений, пригодных для существования живых организмов(например, предельный тепловой интервал – от минус 252 до плюс 180 градусов по Цельсию). К этому добавляется еще и антропный принцип: все мировые физические константы удивительным образом«подогнаны» к существованию жизни. Будь они чуть-чуть выше или ниже, жизнь во Вселенной вообще была бы невозможна.

				74
Идеи «всюдности» и «растекаемости» жизни: биосфера, как уже
было сказано выше, захватила все геосферные земные оболочки, живое
вещество, подобно жидкости, растекается по планете, и чем мельче
организмы, тем быстрее скорость их размножения. В.И. Вернадский
создал также учение о ноосфере – биосфере, управляемой разумной
человеческой мыслью. Одна из его работ называется «Научная мысль
как планетное явление». Это гимн человеческому разуму.
Идею	ноосферы		разрабатывал		и	крупнейший				французск
палеонтолог и антрополог П. Тейяр де Шарден, автор книги «Феномен
человека», который определил ноосферу как одну из стадий эволюции
мира, движущей			силой	которой	является«целеустремленное
сознание».	В	отличие от		,негоВ.И. Вернадский				рассматривал
возникновение		сознания		как закономерный				результат		развити
биосферы. Вернадский дал и критерии перехода биосферы в ноосферу:
заселение человеком всей планеты, выход в космическое пространство
и освоение Солнечной системы, улучшение средств коммуникации,
торжество	демократии, т.е.			участие	широких		народных			масс	в
управлении планетой, исключение войн из жизни человечества и т..д
За исключением последнего, к концу ХХ							века		все	критери
Вернадского оказались выполненными, но до ноосферы еще очень
далеко. Вместо нее в конце ХХ века							человечество			вступило
глобальный экологический кризис.
В конце ХХ века в связи с серьезными экологическими проблемами
появилось еще одно понятие и связанный							с ним раздел науки–
биоэтика. Это понятие можно определить как уважение к жизни, к
биосфере в целом и к каждому живому организму в отдельности. Если
раньше	основной		целью	существования			любого		общества		бы
создание		максимального		комфорта			для		жизни ,		ч

господствующей идеей был антропоцентризм (человек и его удобство в центре всего), то теперь главная цель деятельности всего человечества

– это сохранение биосферы.

Контрольные вопросы:

1.Что такое биосфера?

2.В чем состоит геологическая роль живого вещества Земли?

3.В чем заключается космическая роль живых организмов?

Литература: [1, 2, 5, 8, 21, 22].

			75
	Тема 17. Основные понятия и законы экологии.
	Глобальный экологический кризис конца ХХ в.
Термин «экология» был		предложен во2-й			половине XIX		века
немецким	биологом Эрнстом		Геккелем	для	раздела		биологии,
изучающего взаимодействия живых организмов между						собой и со
средой обитания (греческий		корень «ойкос»		означает дом,		жилище,
местообитание).

Приведем основные определения экологии.

Биоценоз – это совокупность всех живых организмов данного места (территории, акватории), связанных трофическими цепями. Биотоп – неживая среда обитания биоценоза.

Биогеоценоз (экосистема) – биоценоз вместе со средой обитания, т.е. биоценоз + биотоп. Примеры экосистем: лес (хвойный или листопадный), луг, река, озеро, морская толща или морской берег и т.д.). Свойства экосистем: способность к самовоспроизведению и устойчивость. Если не вмешиваться в жизнь экосистемы, она будет самостоятельно существовать и развиваться. Это отличает природные экосистемы от искусственных, созданных человеком агроценозов (например, засеянное поле, молочная ферма), которые неустойчивы и не способны к самовоспроизведению.

Биосфера – совокупность экосистем Земли (см. тему 16).

Некоторые законы классической, т.е. биологической экологии:

1.Закон Эшби: чем экосистема разнообразнее, тем она устойчивее.

Втеме16 уже подчеркивалось, что многообразие биосферы– это основа ее устойчивости. Становится ясно, что уменьшение

биоразнообразия, т.е. быстрое	вымирание	видов, ведет	к
неустойчивости биосферы.

2.Закон ограничивающего фактора(минимума Либиха): наиболее значим тот из факторов внешней среды, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений, поскольку от него в данный момент зависит выживание особей.

3.Закон незаменимости биосферы: биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания, т.е. это наш общий для всего живого и единственный дом. Биосферу не в состоянии заменить созданная человеком техносфера.

4.Закон физико-химического единства живого вещества: при всем

разнообразии живых организмов Земли они настолько сходны по

76

физико-химическим параметрам, что вредное для одних воздействие вредно и для других.

5.	Закон	однонаправленности	потока	энергии: 90% энергии,
получаемой продуцентами, рассеивается в виде теплоты, и только 10%
передается		консументам на каждой ступени трофической. цеп
Поскольку обратный поток энергии(от редуцентов к продуцентам)
ничтожно		мал (максимум 0,35 от	поступившей энергии), нельзя
говорить		о круговороте энергии, энергетический поток направлен
только в одну сторону.
6.	Закон необратимости эволюции Л.		Долло:	организм (популяция,

вид) не может вернуться к первоначальному виду, от которого он произошел, даже если ему вернуть первоначальную среду обитания.

7. Закон (принцип) исключения Г.Ф. Гаузе: два вида не могут сосуществовать в одном месте, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

8. 4 закона экологии американского эколога Б. Коммонера:

1)Все связано со всем. Фактически это повторение основной идеи учения В. И. Вернадского.

2)Все должно куда-то деваться. Это мысль об отходах материального производства и быта человека: мы выбрасываем отходы в биосферу, т.е. фактически выкидываем их себе на голову(человек – часть биосферы,

биосоциальное существо, он принадлежит природе и обществу; загрязняя биосферу, мы убиваем себя).

3) За все надо платить, и не только в смысле платы за пользование

природными	ресурсами.	Слово	«платить»	подразумевает
«расплачиваться»:	за ошибки по		отношению	к природе одно

поколения будут расплачиваться потомки.

4) Природа знает лучше, ее не надо покорять и обуздывать, человек как биосоциальное существо должен вписаться в биосферу, находиться

с ней в гармонии. Увы,	сегодняшний глобальный экологический
кризис, в котором сейчас пребывает все человечество, свидетельствует
о совсем противоположных взаимоотношениях природы и общества.
Глобальный экологический кризис конца ХХ века
Во второй половине ХХ века человечество, которое		во	все
предыдущие эпохи воспринимало биосферу только		как	источни
ресурсов для своей хозяйственной деятельности, постепенно начало
осознавать, что дальше	так продолжаться не может и	надо что-то

77

предпринимать для сохранения биосферы. Из узкого раздела биологии

экология	превратилась не только		в самостоятельную		комплексную
науку, но	и стала одной из главных общечеловеческих проблем–
такой, как сохранение мира и международной безопасности, освоение
космоса, борьба с международным терроризмом и т.п.
Кроме	чисто	биологического	научного	аспекта, у	экологии

появились прикладная (охрана природы) и социально-экономическая функции (создание экономической и законодательной базы охраны природы). Нынешние экологические проблемы имеют узконациональный, а планетарный масштаб.

Каковы же основные составляющие глобального экологического кризиса конца ХХ – начала ХХI в?

1.Загрязнение биосферы производственными и бытовыми отхода-

ми. Основные вещества, загрязняющие атмосферу, – это угарный газ (продукт неполного сгорания, является высокотоксичным веществом), углекислый газ (образуется при сжигании любого

топлива, нетоксичен, но его чрезмерное накопление стратосфере обуславливает парниковый эффект), оксиды серы и азота, содержащиеся в промышленных выбросах(виновники «кислотных дождей»). Гидросфера и ландшафтзагрязняются главным образом нефтью и нефтепродуктами, соединениями тяжелых металлов (ртути, кадмия и свинца), хлорорганическими соединениями (в основном пестицидами, применяемыми для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве) и радиоактивными отходами, образующимися при работе атомных электростанций, а также в результате конверсии (ядерного разоружения).

2.Истощение запасов невозобновляемых ресурсов(нефти и природного газа при нынешних темпах добычи едва хватит до концаХХI века, угля и руд металлов – на 2–3 столетия).

3.Природное воспроизводство возобновляемых ресурсов(лесов, животного мира) сильно отстает от их уничтожения; особенно это касается лесных массивов, которые являются легкими планеты, и рыбных запасов.

4.Уменьшение биоразнообразия, т..е быстрое, происходящее в

течение столетия вымирание многих видов растений и животных, заносимых в Красную книгу(в ходе естественной биологической эволюции это происходит за миллионы ).летА приведенный выше закон Эшби гласит: чем экосистема разнообразнее, тем она

78
устойчивее. Значит, биосфере	Земли	грозит	снача
неустойчивость, а затем и гибель.

5.Сокращение пахотных земель за счет урбанизации (роста городов), строительства транспортных сетей (железных, автомобильных и трубопроводных), роста количества свалок.

6.6.Демографический взрыв – небывалый ранее рост населения планеты в отдельных ее регионах (Китай, Индия, африканский и южноамериканский континенты). В ХХ веке численность населения планеты увеличилась с 1 млрд в 1900 г до 6 млрд в 2000, т.е. в 6 раз. Наряду с сокращением пахотных земель это грозит голодом части человечества (уже сейчас по различным данным до 10% населения Земли голодает). В России демографическую ситуацию в настоящее время можно

определить как депопуляцию ( значительное сокращение численности населения

Пути выхода из глобального экологического кризиса бы намечены на второй Конференции ООН по проблемам окружающей среды, состоявшейся в 1992 году в Рио-де-Жанейро, где была принята Концепция устойчивого экономического развития. В 1996 г. эта Концепция была принята в России. Но подробный рассказ о ней уже выходит за рамки данного курса.

Контрольные вопросы:

1.Что такое экосистема и каковы ее свойства?

2.Кто ввел в науку термин «экология»?

3.В чем суть глобального экологического кризиса конца ХХ в.?

Раздел УП. Тема 18. Итоги развития естественных наук в ХХ веке.

Обращаясь к первой теме, где	даны исторические этапы	развития
науки, напомним, что ХХ век	был назван веком НТР – научно-
технической революции. В этот период технические		потребности

зачастую ставили проблемы, дающие толчок для развития новых

разделов	науки,	а	научные	успехи	наиболее	эффекти
закреплялись, если могли найти практическое применение. Однако
слишком тесное сплетение науки и техники вредно, поскольку						у
каждого из этих научных блоков есть своя специфика: наука познает
окружающий мир, а техника его преобразует. Но выше, в теме 17 уже
было сказано о том,		что чрезмерное преобразование природы ведет к

				79
негативным	последствиям			и	грозит	гибелью биосфере. В этом
заключено	одно	из	противоречий			современной	. наукиСейчас
человечество должно отказаться от такой соблазнительной ранее идеи,
как господство над природой,					сосредоточить все		усилия для
сохранения биосферы.
В конце ХХ века усилился процесс интернационализации науки,
поскольку многие задачи оказываются непосильными для какой - либо
одной, даже весьма развитой страны. Например, транснациональными
являются экологические проблемы, имеющие планетарный характер,
освоение Космоса, победа над некоторыми						болезнями(рак, СПИД,
неожиданно	возникающие			вирусные		заболевания–	атипичная

пневмония, коровье бешенство, куриный грипп и т.п.).

Наука находится в процессе постоянного развития, но предугадать, в каком конкретном направлении она будет продвигаться особенно успешно, невозможно. Физики предполагали, что уже в середине ХХ века будет осуществлена управляемая термоядерная реакция и создана единая теория поля, а прорыв совершился в термодинамике открытых неравновесных систем (была создана синергетика).

Кибернетики думали, что прогресс в области ЭВМ пойдет в сторону

создания все более громоздких машин,			появился персональный
компьютер.
Теперь	приведем	наиболее	выдающиеся	достижения

естественных науках, которые позволили назвать ХХ век веком НТР. Итак, в физике:

•создание квантовой механики и ядерной физики (прорыв в микромир);

•создание теории относительности (прорыв в мегамир);

•возникновение синергетики – науки об открытых неравновесных системах, описывающей самоорганизацию в неживой и живой природе;

•физические основы, позволившие создать ракетные двигатели для преодоления земной гравитации и выхода в Космос;

•создание кибернетики (в тесном взаимодействии с техническими науками), ЭВМ и персонального компьютера; в астрономии:

•модель Большого взрыва и расширяющейся Вселенной;

в химии:

•создание полимерной химии и технологии;

•появление элементоорганической химии;

80

•открытие и изучение автокаталитических реакций; в области наук о Земле:

•открытие подвижности континентов и дна океанов(тектоника литосферных плит); в биологии и антропологии:

•развитие микробиологии (антибиотики);

•прорыв на молекулярный уровень: открытие строения белков и нуклеиновых кислот (двойная спираль ДНК), генетического кода и механизма воспроизводства жизни;

•модели происхождения жизни;

•создание этологии (формы поведения организмов), гелиобиологии и этнологии (влияние Космоса на живые организмы);

•создание психоанализа: изучение соотношения сознательного и бессознательного в человеческой психике;

•развитие экологии: взаимодействие живых организмов со средой обитания, учение о биосфере, влияние экономической деятельности на состояние биосферы.

Вданном курсе уже приводились даты возникновенияквантовой механики, символизирующей новую физику ХХ столетия, и генетики, новой биологии (ее второе рождение) – 1900 г, т.е. обе науки – ровесницы ХХ века. Вся первая половина ХХ столетия прошла под флагом несомненного лидерства физики в естественных науках(это лидерство существовало и в предыдущие столетия, физика испокон веков считалась матерью всех наук). К концу ХХ века ситуация принципиально изменилась: с выходом на молекулярный уровень в лидеры вырвалась биология. Правда, произошло это тогда, когда в биологию пришли физические и химические методы исследования, а вместе с ними и математика.

Все эти научные достижения ХХ века позволили сформулировать некоторые общие закономерности развития мироздания:

1.Для природы характерен универсальный эволюционный путь развития (от Вселенной до кварков).

2.Природе свойственна самоорганизация(от неживых систем до биосферы).

3.Существует общая связь неживой и живой природы и человека (выявлена в экологии).

Таким образом, в ХХ веке в естествознании произошла смена

лидеров:	вместо физики ведущую			роль	начала играть	биология,
которая	благодаря	приходу	в	нее	физических, химических	и