Концепции современного естествознания

Биологическая стрела времени опирается на гипотезу о возникновении жизни как естественном этапе саморазвития земной материи и при её рассмотрении необходимо поэтапно рассмотреть эволюцию на молекулярно-генетическом, онтогенетическом, популяционно-видовом и биогеоценотическом уровнях структурной биологической организации земной материи. Определяющей концепцией такого рассмотрения является генетическая гипотеза происхождения живого.

3. Генетика и эволюция

Генетика возникла при изучении онтогенетического уровня. Генетика (от греч. genetic-происхождение) - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Первый шаг в познании закономерностей наследственности сделал выдающийся чешский исследователь Грегор Мендель (1822-1884гг). Г. Мендель сформулировал законы наследственности на основе гибридологического метода, исследуя гибридизацию разных сортов гороха. Работа Г. Менделя отличалась глубиной и математической точностью. Однако она оставалась неизвестной почти 35 лет - с 1865 до 1900 года.

Переоткрытие законов Менделя в 1900 г. (независимо тремя учёными - Х. Де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии) вызвало стремительное развитие генетики с постепенным проникновением её основ во все структурные уровни живой материи. Оформились основные понятия генетики, приведенные нами в схеме 58.

Схема 58. Основные понятия генетики.

Одновременно с формированием основных понятий генетики получили современную трактовку и законы генетики, прежде всего, законы наследования аллельных генов Г. Менделя, а затем и неаллельных генов Т. Моргана, приведенные нами в схеме 59.

Схема 59. Основные законы генетики.

Морган и его ученики исследовали как сцепленное наследование, так и явление перекреста (возникновение новых гамет в перекресте гомологичных хромосом, которые в процессе мейоза перекрещиваются и обмениваются участками) и показали возможность построения карт хромосом с нанесённым на них порядком расположения генов. В результате возникла возможность сравнивать строение генома, то есть совокупности всех генов гаплоидного набора хромосом у различных видов, что имеет важное значение для генетики, селекции, а также эволюционных исследований.

В частности возникла генетика (хромосомное определение) пола. У человека решающую роль в определении пола играет -хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим -хромосому, развивается женский организм, который является гетерозиготным по половому признаку. Если же в яйцеклетку проникает сперматозоид, содержащий -хромосому, развивается мужской организм, который является гомозиготным по половому признаку.

Возникает более ясное определение генотипа, как системы взаимодействующих генов. Взаимодействуют друг с другом как аллельные, так и неаллельные гены, расположенные в различных локусах одних и тех же и разных хромосом.

Чтобы сделать такое взаимодействие «управляемым», генетика особо бурно развивается как на уровне изучения организма, органов, тканей и клеток, так и на молекулярно-генетическом уровне. Так макромолекулы ДНК являются носителями наследственной информации. Вся информация, заключённая в ДНК, называется генетической. Идея о том, что генетическая информация записана на молекулярном уровне и что синтез белков идёт по матричному принципу, впервые была сформулирована ещё в 1920-х годах выдающимся отечественным биологом Н.К. Кольцовым. Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 году (см. схему 60). Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

Схема 60. Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК.

Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольших количествах в митохондриях и хлоропластах. Наконец, ДНК участвует в качестве матрицы в процессе передачи генетической информации из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка. При этом, на одной из её цепей по принципу комплементарности из нуклеотидов окружающей молекулу среды синтезируется и макромолекула РНК.

РНК - так же, как ДНК, представляет собой биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК ( адепин, гуапин, цитозин), четвертое - урацил - присутсвует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода: они включают другую пентозу - рибозу (вместо дезоксирибозы). В цепочку РНК нуклеотиды входят путем образования связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза, т.е. участвует в синтезе белков. По структуре различают двухцепочные и одноцепочные РНК. Двухцепочные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом.

Существует несколько видов одноцепочных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местонахождением в клетке.

Большую часть цитоплазмы (до 80-90%) составляет рибосомальная РНК (р-РНК), содержащаяся в рибосомах. Молекулы р-РНК относительно невелики и состоят из 3-5 тысяч нуклеотидов. РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы.

Молекулы информационной РНК (и-РНК) могут состоять из 300-30000 нуклеотидов.

Транспортные РНК (т-РНК) включают 76-85 нуклеотидов. Выполняют несколько функций. Они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, «узнают» (по принципу комплементарности) триплет и-РНК, соответствующий переносимой кислоте, осуществляют точную ориентацию аминокислоты на рибосоме.

Огромное количество отобранных эволюцией уникальных сочетаний аминокислот воспроизводится путём синтеза нуклеиновых кислот с такой последовательностью азотистых оснований, которая соответствует последовательности аминокислот в белках. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трёх нуклеотидов - триплет. Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину - ЦАА, лизину - ТТТ и т.д. Таким образом, определённые сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК является генетическим кодом, несущим информацию о структуре белка.

Код включает все возможные сочетания трёх (из четырёх) азотистых соединений. Таких сочетаний может быть , в то время как кодируется только 20 аминокислот. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надёжности передачи генетической информации.

Генетика привела к новым представлениям об эволюции, а также именно на основе генетики были сформулированы основные аксиомы биологии.

Аксиома 1. Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по её изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или фенотипа невозможна, т.к. при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни её самоподдержания.

(Д. Нейман, Н. Винер)

Аксиома 2. Генетические программы не возникают заново, а редицируются матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения используется ген предыдущего поколения. Жизнь - это матричное копирование с последующей самосборкой копий.

(Н.К. Кольцов)

Аксиома 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений не только основа эволюции жизни, но и причина её становления, потому что без мутаций отбор не действует. Эта аксиома основана на принципах статистической физики и принципе неопределенности В. Гейзенберга.

Аксиома 4. В процессе формирования фенотипа случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема.

(Н.В. Тимофеев-Ресовский)

Последняя аксиома биологии указывает и на достаточно трудный путь антропологического исследования родословной человека и право на существование различных теорий происхождения жизни. Более того, проблема происхождения и предназначения человека на Земле и в Космосе может быть решена в рамках целостной культуры и картины мироздания (бытия), включая мифологическую, религиозную, философскую и естественнонаучную картины мира. При этом естественно необходимо учитывать фрактальную структуру «стрел времени», рассмотренную в лекции №7, посвященной панораме современного естествознания.

4. Синтетическая теория эволюции биологических структур материи. Макро- и микроэволюция

Принцип дополнительности эволюционных идей с креационизмом, отмеченный нами ранее в лекции №7, характерен и для принципа развития Ж.Б. Ламарка, который постулировал следующие положения: организмы изменчивы; виды (и другие таксономические категории) условны и постепенно преобразуются в новые виды; общая тенденция исторических изменений организмов - постепенное совершенствование их организации (градация), движущей силой которой является изначальное (заложенное Творцом) стремление природы к прогрессу. Для ламаркизма характерны два дополняющих друг друга признака: телеологизм - как присущее организмам стремление к совершенствованию, организмоцентризм - признание организма в качестве элементарной единицы эволюции.

Чарльз Дарвин, обобщив отдельные эволюционные идеи, создал стройную развернутую теорию эволюции. Движущими силами эволюции он считал наследственную изменчивость и естественный отбор, а в качестве элементарной единицы эволюции организм каждого вида, т. е. фактически отдельных особей. Выживающие особи дают начало следующему поколению, и таким образом «удачные» положительные изменения передаются следующим поколениям. Очень часто теорию естественного отбора Чарльза Дарвина противопоставляют креационизму. Однако обратимся к эстетике мышления Чарльза Дарвина: «Мир покоится на закономерностях и в своих проявлениях представляется, как продукт разума - это указание на его Творца».

Нам бы хотелось отметить, что под биологической эволюцией понимают необратимый статистический процесс исторического развития живой природы, начиная с момента абиогенного возникновения первых живых организмов на Земле до настоящего времени. Он включает в себя как адаптационный, так и бифуркационный механизм эволюции. При более пристальном изучении биологической эволюции становится виден её «приводной ремень», а именно тот факт, что развитие не происходит прямолинейно от худшего к лучшему. Данный «приводной ремень» является мутацией - произвольным изменением наследственного материала, ведущим только к тому, чтобы потомки могли развить те задатки, которых еще не имели их родители. Этот «приводной ремень» и лежит в основе синтетической теории эволюции, которая объединяет теорию естественного отбора Ч. Дарвина прежде всего с генетикой, а также и с экологией, и в значительной степени противопоставляет себя религиозным трактовкам креационизма.

Остановимся на основных положениях синтетической теории биологической эволюции (СТЭ).

1. Материалом для эволюции служат, как правило, очень мелкие, однако дискретные изменения наследственности - мутации. Мутационная изменчивость поставляет материал для естественного отбора и носит случайный характер.

2. Ведущим движущим фактором эволюции является естественный отбор, основанный на селекции случайных и мелких мутаций. Поэтому иногда теорию отбора называют «селектогенез».

3. Наименьшая эволюционная единица - популяция, а не особь.

4. Эволюция в основном носит дивергентный характер, то есть один вид может стать может стать предком нескольких дочерних видов, но каждый вид имеет единственный предковый вид, единственную предковую популяцию.

5. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование мыслится как поэтапная смена одной временной популяции чередой последующих временных популяций.

6. Вид состоит из множества соподчиненных морфологически, физиологически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц - подвидов, популяций.

7. Обмен генами возможен лишь внутри вида. Если мутация имеет положительную селективную ценность на территории всего ареала вида, то она может распространятся по всем его подвидам и популяциям. Отсюда следует краткое определение вида как генетически целостной и замкнутой системы.

8. Поскольку критерием вида является его репродуктивная обособленность, то естественно, что этот критерий неприменим к формам без полового процесса, например к агамным и партеногенетическим организмам. Таким образом, СТЭ оставила вне видового статуса огромное множество прокариот, не имеющих полового процесса, а также некоторые специализированные формы высших эукариот, вторично утративших половой процесс.

9. Макроэволюция, или эволюция на уровне выше вида, идет лишь путем микроэволюции, под которой понимают видообразование. Согласно СТЭ, не существует закономерностей макроэволюции, отличных от микроэволюционных, хотя есть явления (параллелизм, конвергенция, аналогия, гомология), которые легче исследовать на макроэволюционном уровне.

10. Каждая систематическая единица (вид, род и т.д.) должна иметь единственный корень. Это обязательное условие для самого права на существование рассматриваемой группы. Ведь эволюционная систематика строит свою классификацию, исходя из их родства. А согласно четвертому постулату СТЭ, родственны только те группы, которые идут от одной эволюционной ветви. Если же у вида вдруг обнаруживаются в предках две разные ветви, его следует разделить.

11. Исходя из всех упомянутых постулатов, ясно, что эволюция непредсказуема: она не направлена к некоей конечной цели.

Представим в схематическом виде основные факторы и направления эволюционного биологического процесса (см. схему 61).

Схема 61. Основные факторы и направления эволюционного процесса СТЭ.

Взаимодействие синтетической теории эволюции прежде всего с генетикой повлияло на выдвижение в качестве основного методологического принципа - гипотезы генобиоза происхождения жизни, т.е. первичности молекулярной системы со свойствами генетического кода. Первоначально в качестве такой системы рассматривали ДНК, но после открытия архебактерий с одноцепочной РНК, первичными стали системы с одноцепочной РНК. При этом РНК оказывается близкой по структуре и к методологическому принципу голобиоза, в котором первичными считались структуры, способные к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков, в частности, коацерванты в концепции абиогенного происхождения жизни академика А.И.Опарина.

Многоликость и многогранность основных факторов и направлений эволюционного процесса СТЭ приводит к главной идее, что в эволюции важно не совершенство, а умение принимать свои недостатки и делать из них неоспоримые достоинства. И для нас, людей, эта мысль тоже может быть полезной. Тем более, что список недостатков человека как биологического существа довольно обширен в сравнении с другими представителями живого мира, и даже в генетическом плане в сравнении с обезьянами. Биологи Университета Мичигана, изучающие эволюцию сравнили 14 тысяч генов человека и обезьяны. В результате был сделан вывод, что у шимпанзе с помощью перманентного отбора настолько значительно совершенствовались 233 гена, что ни одна мутация не смогла бы их улучшить, а у человека лишь 154 таких совершенных гена. Неблагоприятные признаки шимпанзе на протяжении эволюции отбраковались эффективней, чем у человека.

Однако у человека есть одно несомненное преимущество - это феномен сознания и фантастический по своим интеллектуально-информационным возможностям мозг. Как отмечает академик Н.П. Бехтерева: «Всю свою жизнь я посвятила изучению самого совершенного органа - человеческого мозга. И пришла к выводу, что возникновение такого невозможно без творца. Эволюция мозга, как её рисовали антропологи, практически нереальна. Недаром они сейчас отказываются от многих своих данных».

Итак, тайн, загадок и даже странностей эволюции достаточно много. И главное, что наука не должна стать средством гибельного отторжения человека от природы и потери веры в то, что в его концептуальном фонде познания природы и в генофонде все элементы значимы и важны.

Лекция 9. Биосфера и человек

1. Человек как особый уровень организации живой материи. Феномен человека "как существа трёхстороннего - биосоциокультурного"

С биологической точки зрения появление человека разумного - вполне ординарное событие. Количество всех видов животных, населяющих Землю - более полутора миллионов, из них видов позвоночных насчитывается около 70 тысяч, среди которых и биологический вид - человек разумный (Home sapiens).

Но человек- носитель разума, мысли, особый феномен природы. Человека можно рассматривать как особый уровень организации живой материи.

Живой организм представляет собой открытую физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. В отношении человека как биологического существа это может быть выражено словами французского физиолога Клода Бернара: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни».

Для наглядности представим схематически термины и понятия, характеризующие развитие и разнообразные системы саморегуляции живого организма (см. схему 62).

Схема 62. Развитие и разнообразные системы саморегуляции живого организма

«Постоянство внутренней среды» взаимосвязано с биологическими часами, как бы встроенными в организм на основе безусловных и условных рефлексов. С биологическими ритмами необходимо увязывать ритм труда и отдыха и помнить как о генетике биологических, так и о социокультурных часах человека. Биоритмы проявляются не только во время бодрствования, но и во время медленного и быстрого сна. При этом сновидения - нормальная психическая деятельность мозга.

Преимущество человека перед другими высшими животными закреплено в материальном носителе разума - мозге. Выделить принципиальные различия в строении мозга человека и шимпанзе удалось только в последние 30 - 40 лет. Выяснено, что простейшей структурной единицей мозга служит не нервная клетка (нейрон), как считалось раньше, а структурный ансамбль таких клеток со сложными, но фиксированными разветвлениями взаимосвязей.

Эволюция мозга, его усложнение идет не столько за счет количественного роста нервных клеток (хотя такой рост имеет место), сколько за счет растущей организованности, упорядоченности как отдельных структурных ансамблей, так и центров, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие решения.

Нобелевская премия в области физиологии 1981 года была присуждена Р. Сперри за исследование межполушарной асимметрии головного мозга, т.е. различий функций двух его полушарий. На макроуровне мышления в целом намечаются две тенденции в психологическом восприятии действительности: правополушарная - интегрирующая, синтетическая, левополушарная - дифференцирующая, аналитическая. В частности, левое полушарие ответственно за речь и логическое мышление, а правое полушарие за ориентацию в пространстве и восприятие музыки и живописи.

Может сложиться иллюзия, что каждая из тенденций познавательной деятельности мозга, взятая в отдельности, искажает восприятие действительности. На самом деле обе тенденции способствуют адекватному объяснению природы и имеют одинаковую значимость в её познании. Именно в гармонии обеих тенденций познания окружающий мир постигается в адекватной форме не только отдельным человеком, но и научной мыслью коллективного разума.

Отметим одно характерное обстоятельство так же задающее единое поле сознания. Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозгу программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется детьми от родителей. Но наследуются не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения. Генетические возможности реализуются только при условии, что с раннего детства конкретный ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Генетический потенциал ограничен во времени жесткими возрастными рамками. Если сроки пропущены, то потенциал гаснет, а человек остается на уровне того же примата.

У человека выделяются лобные доли, которые согласно сложившимся представлениям осуществляют интеграцию различных функций мозга в целенаправленные поведенческие реакции, а также участвуют в ассоциативных и обобщающих мыслительных процессах. У человека рекордная для животного мира относительная площадь лобных долей мозга, достигающая 25%. Комментарии здесь излишни.

Итак, со строением мозга и его программированием генетическим аппаратом, развивающимся в процессе обучения и воспитания, взаимосвязана особая нейрофизиологическая сущность человека, проявляющаяся в едином поле сознания. Единое поле сознания связывает эмоции, сознание, внимание память, мышление в единое поле функциональной системности.

Представим единое поле сознания схематически (см. схему 63) на основе терминов и понятий, характеризующих особую физиологическую сущность человека.

Схема 63. Единое поле сознания в терминах и понятиях, характеризующих особую физиологическую сущность человека.

Взаимодействие общества и природы задает неклассическую модель феномена человека, «как существа трехстороннего - биосоциокультурного». Такая модель феномена человека была предложена культурологом, социальным антропологом М.С. Каганом и приведена в схеме 64 с опорой на три понятия, которые системно задают сложную самоуправляющуюся целостную систему феномена человека. В эту же схему введена неклассическая модель рациональности с опорой на понятия биоэтики, социальной этики, здоровья и валеологии, усилившая сложность феномена человека в рамках неклассического разрыва между желаниями и убеждениями и самим действием.

Схема 64. Основные понятия неклассической модели человека «как существа трехстороннего, биосоциокультурного».

2. Концепции биосферы и ноосферы

Биосфера (греч.: Bios - жизнь, sphaira - сфера) - термин был введен австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом в 1872 году. Русский мыслитель и естествоиспытатель В.И. Вернадский внес основополагающий вклад в разработку концепции биосферы. Главным отличием биосферы от других геосфер Вернадский считал ее организованность. Он выделил семь компонентов биосферы, приведенных нами в рамках схемы 65.

Схема 65. Основные компоненты биосферы.

Классификация вещества биосферы, предложенная Вернадским, с логической точки зрения не является безупречной, так как выделенные категории вещества частично перекрывают друг друга, а «биокосное вещество» - это фактически динамическая система, состоящая из двух веществ - живого и косного, что подчеркивал и сам Вернадский.

Существуют в связи с этим видоизмененные классификации веществ биосферы. Так, например, А. В. Лано в 1979 г. ввёл всего два типа веществ: живое и неживое, внутри данных типов веществ выделил две градации по исходному материалу: биогенное и абиогенное.

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества, которые сгруппированы в схеме 66.

Схема 66. Основные геохимические функции живого вещества.

Живое вещество биосферы насчитывает около миллиона видов животных (75 % из них - членистоногие и лишь около 4 % - позвоночные) и около 400 тыс. видов растений. Животные и растения заселяют в основном сушу и составляют около 210¹² тонн.

Для наглядности представим схематически основные свойства биосферы (см. схему 67).

Схема 67. Основные свойства биосферы.

Особое место в трудах В.И. Вернадского занимает концепция эволюции биосферы. Он выделяет три этапа развития биосферы. Первый этап - возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом веществ. Ведущие факторы на этом этапе - геологические и климатические изменения на Земле. Второй этап - усложнение циклической структуры биосферы в результате появления одноклеточных и многоклеточных эукариотных организмов. Движущим фактором выступает биологическая эволюция. Оба этапа объединяют в понятие биогеоценоза. И, наконец, третий этап - возникновение человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу. Этот этап получил понятийное определение ноогенеза. Ведущим фактором в этом процессе является разумная деятельность человека «как существа трехстороннего- биосоциокультурного», характеризующаяся рациональным регулированием взаимоотношений человека и природы.

Важное место в этом процессе играет все более возрастающий антропный характер закона максимума биогенной энергии (энтропии) - любая биологическая, а ей является и человек, или биокосная система, и особенно связанная с созданной человеком техносферой, находясь в состоянии динамического подвижного равновесия с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы.

Ноосфера представляет собой область взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится основным определяющим фактором развития. Понятие «ноосфера» введено Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом в 1927 г. В 30 - 40-е г.г. XX в.в. В.И. Вернадский развил представление о ноосфере в рамках ноогенеза - эволюционного процесса, управляемого человеческим сознанием. Структура ноосферы включает: человечество, социальные системы, науку и технологии в единстве с биосферой.

3. Концепции экологии

Концепции ноосферы и биосферы все теснее переплетаются в концепциях экологии. Господствующий до конца XX столетия экономический императив все чаще заменяется экологическим. На наш взгляд правильней говорить о двусторонности взаимодействия экологического и социально-экономического образов мышления. В этом плане все более важную роль приобретают социально-эколого-экономические модели в ноосферном развитии общества и соответствующая социально-эколого-экономическая синергетика интеллектуальной сферы культуры.

Экология (от греч.oikos - дом, жилище и logos - учение) - наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Э. Геккель (1866 г.) как «познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношения живого с органическими и неорганическими компонентами среды…».

В рамках концепции экологии выделяют основные предметные основания экологии, экологические факторы и экологические законы Б. Коммонера (1974г.) взаимодействия природы и общества, сгруппированые нами в схеме 68.

Схема 68. Предметные основания экологии, экологические факторы и законы.

Даже краткий схематический анализ концепций экологии указывает не только на принципиально важную роль её в курсе «Концепции современного естествознания», но явно указывает на многогранность и многоликость экологии в современной экономике природопользования, а так же на её особое значение в развитии и сохранении человеческой цивилизации.

Особое значение предается динамике экосистем и экологической нише, т.е. совокупности всех факторов среды, в пределах которой возможно существование вида в природе, в частности, и вида - человек разумный (homo sapiens). Мы для примера привели пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в), представляющих упрощенную экосистему: люцерна (продуцент) - телята (консумент) - мальчик 12 лет (по Ю. Одуму, 1959) (см. схему 69).

Схема 69. Экологические пирамиды упрощенной экосистемы: люцерна-телята-мальчик.

Пирамида чисел (а) показывает, что если бы мальчик питался в течение одного года только телятиной, то для этого ему потребовалось бы 4,5 теленка, а для пропитания телят необходимо засеять поле в 4 га люцерной, что составит 210растений. В пирамиде биомасс (б) число особей заменено их биомассой. В пирамиде энергии (в) учтена солнечная энергия. Люцерна использует 0,24 % солнечной энергии. Для накопления продукции телятами в течение года используется 8 % энергии, аккумулированной люцерной. На развитие и рост ребенка в течение года используется 0,7% энергии, аккумулированной телятами. В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется для ребенка в течение одного года.

В «законах» Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе, любая природная система может развиваться только за счёт использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей её среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчёт параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела.

Особое значение для математических расчётов приобретает синергетический подход к пониманию целостности природы как кооперативного взаимодействия её частей (систем и подсистем) на основе неравновесной термодинамики и нелинейной динамики с использованием суперкомпьютеров.

4. Коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания

Основополагающая концепция коэволюции природных систем и человека в глобальном масштабе опирается на двухстороннее взаимодействие антропного принципа и принципа глобального эволюционизма.

Антропный принцип, как мы уже отмечали, утверждает, что даже незначительное отклонение значения любой из фундаментальных (мировых) констант приводит к невозможности появления во Вселенной высокоупорядоченных структур, в том числе и человека.

Принцип глобального эволюционизма распространяет развитие на основе единого древа эволюции (иерархии «стрел времени») на все сферы бытия, устанавливая связь между неживой, живой и социальной материей. Принцип, провозглашающий единство эволюционирующего Космоса.

Существенное место в исследованиях взаимоотношений человека и космоса занимает учение гелиобиолога А.Л.Чижевского, который занимался изучением солнечно - земных связей. Космические излучения и, прежде всего, энергия Солнца оказывают постоянное действие на все явления на Земле: химические превращения в педосфере и земной коре, развитие атмо-, гидро- и литосферы планеты протекают под непосредственным воздействием солнечного излучения.

Солнце является основным (наряду с космическим излучением и энергией радиоактивного распада в недрах Земли и вулканической деятельностью) источником энергии, причиной всего на Земле - от легкого ветерка до смерчей и ураганов, от фотосинтеза растений до умственной активности человека. Биосфера улавливает лишь небольшую часть солнечной энергии поступающей на Землю (см. схему 70).

Схема 70. Распределение солнечной энергии. Толщина стрелок соответствует количеству поглощенной, отраженной или запасенной мощности (энергии в 1 с).

Ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая в энергетическом отношении составляет около 30% всей солнечной энергии, доходящей до Земли, практически полностью задерживается атмосферой. Половина поступающей энергии превращается в тепло и затем излучается в космическое пространство, 20% расходуется на испарение воды и образование облаков и только 0,02% используется биосферой. Зеленые растения усваивают эту энергию, поглощая молекулами хлорофилла, затем в процессе фотосинтеза преобразуют ее и запасают в форме сахаров. От этого процесса зависит все существование биосферы. Животные, поедая растения, а хищники - травоядных животных, освобождают для себя эту энергию, сжигая сахара и другие питательные вещества при помощи кислорода. В результате происходящего метаболизма организмов (фотосинтез, дыхание, брожение и др.) регулируется и поддерживается химический состав атмосферы.

А.Л.Чижевский считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле: когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны, на нашей планете разряжаются эпидемии, активизируются социальные процессы (в том числе социальные конфликты - войны, бунты, революции), усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (5%), во время же пика активности Солнца их число достигает 60% (1905г., 1917г., 1941г.). Ритмичность активности Солнца составляет в среднем 11 лет.