Концепции современного естествознания

Мало кто реально представляет себе, какую роль играет вода в нашей жизни. На 50-65% человеческий организм состоит из воды. В среднем человек должен выпивать минимум 6 стаканов воды ежедневно. Распланируйте питье воды таким образом: два стакана сразу после подъема утром, два -- в середине дня, между завтраком и обедом, и два стакана во второй половине дня.

Для нормального функционирования наш организм нуждается в правильном питании. Чрезмерное употребление соли может привести к серьезным проблемам, в частности к повышению кровяного давления. Повышенное потребление сахара пагубно влияет на состояние зубов, увеличивает уровень холестерина в крови, что приводит к заболеваниям сердца, к нарушению работы клеток мозга и снижает устойчивость к инфекционным заболеваниям. Доказано не только то, что вегетарианская диета стоит наравне с мясной, но и то, что во многих отношениях она значительно лучше. Здоровье -- это количество резервов в организме, это максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций. Секрет долголетия кроется в следующих условиях жизни: закаленное тело, здоровые нервы и хороший характер, правильное питание, климат, ежедневный труд. С точки зрения современной науки имеются восемь важнейших условий правильного образа жизни:

труд является важнейшим условием физиологического благополучия;

нормальный сон является средством восстановления сил мозга;

хорошее настроение и положительные эмоции обеспечивают доброжелательное отношение к другим людям, оптимизм;

весьма существенным условием является рациональное питание как по качеству и количеству, так и по режиму потребления;

важное условие -- избежание потребления алкоголя и никотина;

соблюдение режима, т. е. выполнение определенной деятельности организма в определенное время, что приводит к образованию условных рефлексов на время;

закаливание организма понимается как процесс приспособления организма к неблагоприятным внешним воздействиям;

физические упражнения, достаточный объем двигательной активности являются важнейшим элементом правильного образа жизни.

Работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ -- физической и умственной -- различают физическую и умственную работоспособность. Работоспособность зависит от текущего уровня здоровья, самочувствия человека, от типологических свойств нервной системы, индивидуальных особенностей функционирования психических процессов (памяти, мышления, внимания, восприятия), от оценки человеком значимости и целесообразности мобилизации определенных ресурсов для выполнения определенной деятельности. В процессе выполнения работы человек проходит через различные фазы работоспособности. Фаза мобилизации характеризуется предстартовым состоянием. При фазе врабатываемости могут быть сбои, ошибки в работе, постепенно происходит приспособление организма к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения данной конкретной работы. Фаза оптимальной работоспособности (или фаза компенсации) характеризуется оптимальным, экономным режимом работы организма и хорошими, стабильными результатами, максимальной производительностью и эффективностью труда. Затем, во время фазы неустойчивости компенсации, происходит своеобразная перестройка организма: необходимый уровень работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций, дополнительных физиологических процессов, менее выгодных энергетически и функционально. При выходе за пределы работоспособности, после фазы неустойчивой компенсации наступает фаза декомпенсации, сопровождаемая прогрессирующим снижением производительности труда, появлением ошибок, выраженными вегетативными нарушениями: учащением дыхания, пульса, нарушением точности координации.

Первый этап -- врабатывание -- приходится, как правило, на первый час от начала работы. Второй этап -- устойчивой работоспособности -- длится последующие 2-3 ч, после чего работоспособность вновь снижается. В течение недели также отмечаются те же три этапа. В понедельник человек проходит стадию врабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчивую работоспособность, а в пятницу и субботу у него развивается утомление. Утомление не разрушает организм, а поддерживает его. При этом происходят восстановительные процессы, "текущий ремонт" органов и тканей.

Начиная с фазы неустойчивой компенсации возникает специфическое состояние утомления. Различают физиологическое и психическое утомление. Первое из них выражает воздействие на нервную систему продуктов разложения, освобождающихся в результате двигательно-мускульной деятельности, а второе -- состояние перегруженности самой центральной нервной системы. Психическое утомление, т. е. ощущение усталости, как правило, предшествует утомлению физиологическому. После прекращения работы наступает фаза восстановления физиологических и психологических ресурсов организма. В случае неполного восстановительного периода сохраняются остаточные явления утомления, которые могут накапливаться, приводить к хроническому переутомлению различной степени выраженности. В состоянии переутомления длительность фазы оптимальной работоспособности резко сокращается, снижается умственная работоспособность.

17.4 Вопросы биомедицинской этики

Чтоб мудро жизнь прожить, знать

надобно немало,

Два важных правила запомни для начала:

Ты лучше голодай, чем что попало есть

И лучше будь один,

чем вместе с кем попало.

О. Хайям

Биоэтику, или сложные поведенческие программы, присущие животному миру, следует рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Много признаков, присущих человеку, обусловлено генетически. И только часть человеческих черт обусловлена воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды обитания. Поэтому суть эволюции составляет процесс передачи генов от поколения к поколению. Все человеческие действия -- это его поведение.

С помощью биоэтики можно ответить на вопрос о происхождении таких важнейших проявлений человеческого разума, как мораль и этика. Этологи -- специалисты по поведению животных -- открыли у них большой набор интенсивных запретов, необходимых и полезных в общении с сородичами. Все эти врожденные запреты возникают под жестким давлением отбора ради выполнения задачи сохранения вида.

К важнейшим из таких запретов относятся следующие:

"Не убей своего" -- первый основополагающий запрет очень многих видов.

Нельзя нападать неожиданно и сзади, без предупреждения и без проверки.

Запрещено применять смертельное оружие или убийственный прием в драке со своими.

Непозволительно бить того, кто принял позу покорности.

Победа преимущественно бывает на стороне того, кто прав.

Таким образом, одним из важнейших выводов биоэтики является то, что в нашем поведении помимо действий, порожденных разумом, есть действия, мотивированные древними врожденными программами, доставшимися нам от животных предков. Биоэтика включает в себя этические нормы отношения к животным, экологическую этику, этику отношений человека с биогеоценозами и со всей биосферой. Она является формой защиты прав человека, в том числе его права на жизнь, на здоровье, на ответственное и свободное самоопределение своей жизни. Если биоэтику трактовать не узкомедицинскими и биологическими, а как широкую и философски глубокую дисциплину, то ее центральное ядро -- отношение к жизни и смерти. Жизнь понимается как самоценность, как высшая ценность. Поэтому возникают проблемы, которые выходят за рамки отношений врача и пациента, а именно отношение к жизни, животным, к биогеоценозам, к биосфере и т. д. Биоэтика как отрасль науки возникла и стала интенсивно развиваться в США и Западной Европе. В последние несколько десятилетий (начиная с 70-х годов) в связи с успехом молекулярной биологии, генной инженерии, клеточной инженерии, внедрением в медицинскую практику трансплантации (пересадки) человеческих органов, появлением новых технологий деторождения, внедрением широкого спектра приемов продления жизни в реаниматологии и другими радикальными изменениями в медицине невольно возникает необходимость оценки моральной (этической) стороны (аспекта) и даже последствий подобных научных экспериментов и исследований. Дело в том, что перечисленные выше научные эксперименты часто выходят за рамки чисто профессиональной подготовки врача, генного инженера, биолога и приобретают характер этических проблем, нуждаются в моральной оценке со стороны человеческого общества.

Рассмотрим естественно-научный и моральный аспекты каждого из этих достижений научно-технического прогресса. В связи с достигнутыми успехами генной инженерии в последнее время учеными предпринимаются серьезные попытки применения клонирования при помощи плазмид какого угодно участка ДНК многих животных, в том числе и человека. Ученым удалось перетасовать гены, комбинация которых в естественных условиях была невозможна из-за существующих барьеров (запретов биологического характера) на межвидовое скрещивание. По существу в области молекулярной биологии сняли природный запрет, позволили себе нарушить результаты эволюционного развития животного мира. Ведь известно, что ветви на дереве жизни в ходе эволюционного развития живой материи разошлись так сильно и далеко, что сама природа наложила вето на скрещивание разных видов ветвей. Мы знаем, что в природных условиях невозможно скрещивание, например, между собакой и кошкой как представителями разных видов. Подобные гибриды, если даже иногда образуются в самой природе, оказываются хотя и жизнеспособными, но бесплодными (например, мул -- помесь осла и лошади). А ученые, создавая в пробирке какие угодно комбинации генов, пошли против природы, поставившей запрет на это.

После удачных опытов, подтвердивших, что рекомбинан-тные молекулы ДНК оказываются вполне биологически активными в среде клетки-хозяйки, в умах самих ученых возникли серьезные сомнения. Ученые задумываются: а что, если гибридные молекулы ДНК окажутся с чудовищными качествами, начнут размножаться с огромной скоростью и последствия таких экспериментов будут непредсказуемыми и гибельными для человечества? Перед генными инженерами встала проблема моральной ответственности перед человеческим обществом за подобные эксперименты. Тревогу забила и общественность, которую пугают возможные отрицательные последствия подобной работы ученых. После каждого очередного сообщения ученых о результатах своих исследований в области генной инженерии (как, например, это произошло с клонированием овец в Англии) в обществе возникают бурные страсти. На какое-то время ученые под нажимом общественного мнения прекращают свою работу, однако тяга научного творчества оказывается сильнее страха и они снова берутся за эксперименты. Подобные ситуации возникали в науке не один раз: вспомним, какие чувства, например, испытывали американские ученые физики-ядерщики перед первым испытанием атомной бомбы. Хотя в случае с генной инженерией степень риска не так велика, как с атомной бомбой, тем не менее опасения в обществе время от времени возникают.

Успехи клеточной инженерии позволяют ученым в настоящее время сохранить на длительный срок в соответствующей питательной среде соматические и половые (даже оплодотворенные) клетки умерших животных, в том числе и человека. Если перенести такую оплодотворенную в пробирке яйцеклетку или же соответствующий ей плод в матку матери-суррогата (этот прием получил название клонирования), то можно осуществить полноценное вынашивание плода без особых физиологических проблем. Но в подобных случаях возникают моральные проблемы: как должен чувствовать с этической точки зрения человек, появившийся на свет не совсем обычным способом, как отнесутся к нему его же сверстники, какие у них будут взаимоотношения, каковы будут их последствия. Нелегко отвечать на все эти вопросы. В аналогичных случаях вопросов возникает гораздо больше, чем имеется на них ответов. Многое здесь, по-видимому, будет зависеть от уровня развития данного общества, от господствующей в обществе морали и принятых норм поведения людей, их научных или же религиозных взглядов.

При распространении новых технологий деторождения, в частности при искусственном осеменении или же "материнстве по найму", естественно, могут возникнуть споры между биологической и юридической матерями ребенка. Кто в этой ситуации может решить вопрос, кому же больше принадлежит такой ребенок; где же тот критерий, основываясь на котором может быть вынесено окончательное решение; кто наделен правом рассудить их: судья, врач или же общественное мнение? Решение этих вопросов больше лежит в области этики, чем в медицинской сфере.

При развитии и размножении соматических клеток в специально подобранных питательных средах появляется возможность получения целого организма из нескольких клеток, так как в них сохраняется набор всех генов взрослого организма. А проблема в том, будет ли полученный таким образом организм полным подобием исходного, или это будет нечто другое. Клеточные культуры применяются для производства лекарственных веществ растений, а каковы будут последствия применения их в животном мире -- трудно предусмотреть. Тут, по существу, речь может идти о возрождении, например, умершего человека из его оставшихся соматических (не половых) клеток. Если продолжить эту мысль, то можно прийти к выводу о том, что недалеко то время, когда методом культуры клеток (или тканей) или же клонированием можно искусственно "выращивать" в целях ускоренного развития человеческого общества таких гениальных людей, как А. Эйнштейн, В. А. Моцарт, В. И. Ленин и др. Трудно предугадать, какое общественное мнение возникнет на сей счет, как к этому отнесутся верующие люди и религия, не будут ли считать это греховным делом.

А пересадка человеческих органов, взятых у одного человека, другому человеку -- пациенту, нуждающемуся в этой операции, -- это благо или же зло, а может быть, даже убийство? Мы знаем, что врачи считаются представителями самой гуманной на Земле профессии. Они по роду своей деятельности наделены правом, даже можно сказать, обязанностью вмешиваться в святую святых -- человеческую жизнь. Пересадка человеческого органа производится врачом из гуманных соображений, во имя блага пациента. Но трансплантируемый орган (если он отдельно не выращивается методом клеточной культуры) извлекается из организма другого человека. Вот тут как раз возникает много вопросов, сомнений и этических проблем.

Если для пересадки органа организуется "охота" на людей с применением криминальных методов или же используется профессиональная непорядочность врача, а может быть, и жажда наживы, то, несомненно, это зло и может быть квалифицировано как убийство. Не говоря уже о глубокой аморальности этого явления, его следует квалифицировать как тягчайшее преступление, тяжесть вины которого должен определить суд. В данном случае благо для пациента оборачивается злом для другого человека, ставшего жертвой пациента.

Если даже изъятие органа у, казалось бы, безнадежного больного человека на первый взгляд не покажется столь преступным, то и в этом случае этический аспект проблемы остается открытым. Дело в том, что в настоящее время, как это было выше продемонстрировано, границу между жизнью и смертью проводят уже на молекулярном уровне. Поэтому старые подходы, когда конец человеческой жизни определяли по прекращению дыхания и сердцебиения, давно потеряли свою значимость. Сейчас благодаря успехам реаниматологии на длительное время возможно продление существования человека (даже при поражении некоторых жизненно важных органов) путем применения аппаратов искусственного дыхания, искусственной почки, кардиостимуляторов и т. д. Прежде чем извлечь из человеческого организма тот или иной орган для пересадки другому пациенту, необходимо установить факт смерти первого. Сейчас "граница" между жизнью и смертью определяется не деятельностью сердца и легких, а жизнеспособностью мозга. Пока мозг жив, следует считать, что человек жив даже при остановившемся сердце и прекратившемся дыхании, и наоборот, человек мертв, если мозг необратимо погиб, даже если его сердце продолжает биться, а легкие "дышат". Даже смерть самого мозга происходит в несколько стадий: сначала погибает кора мозга, а затем его стволовая часть. За мозговой смертью следует уже смерть внутренних органов, и человек перестает существовать как единый функционирующий организм. Современная медицина в этом случае вынуждена фиксировать конец человеческой жизни, а молекулярная биология оставляет и в этой ситуации шанс и надежду на сохранение некоторых клеток умершего в качестве возможности продолжения, а точнее, возрождения его жизни методами генной и клеточной инженерии. Поэтому определение границы между жизнью и смертью в современных условиях становится очень трудной задачей, поскольку эта граница проходит уже на клеточном уровне.

К кругу биомедицинской этики могут быть причислены и такие злободневные вопросы, как аборт, проведение рискованных опытов над людьми, испытание на больных новых препаратов, подвергающих их жизнь опасности, и ряд других.

В заключение следует отметить, что биомедицинская этика -- это сравнительная молодая область науки, призванная связывать между собой естественно-научную и гуманитарные культурные традиции. Термин "биоэтика" был введен в 1971 г. американским ученым В. Р. Поттером, и круг рассматриваемых этой молодой наукой проблем в будущем, возможно, еще расширится.

ВЫВОДЫ

Физиология человека изучает жизнедеятельность здорового человека, функции составных частей его организма: клеток, тканей, органов, систем. Она основана на изучении деятельности кровеносной, лимфатической, дыхательной, пищеварительной, выделительной, нервной систем, обмена веществ и энергии, желез внутренней секреции и др.

Здоровье -- это состояние полного физического, умственного и социального благосостояния человека. Оно во многом связано с эволюционно-экологическими основами его психофизической деятельности. Здоровье и болезнь -- это два качественно различных феномена, которые могут сосуществовать в индивидууме. Свежий воздух, солнечный свет, умеренность, отдых, физические упражнения, вода и правильное питание -- необходимые факторы здоровья и долголетия.

Работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы и поддержании структуры и энергозапасов на заданном уровне. С точки зрения работоспособности здоровье -- это количество резервов в организме, максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций.

Эмоции -- особый класс субъективных психологических состояний, отражающих в форме непосредственных переживаний результаты практической деятельности, направленной на удовлетворение актуальных потребностей. Они возникают лишь тогда, когда осуществление инстинктивных действий, привычных и произвольных форм поведения наталкивается на препятствие, к которым он не может адаптироваться.

Творчество -- это процесс создания человеком нового, при котором он, хоть и испытывает недостаточность информации, знаний, умений для достижения цели и решения той или иной проблемы, делает рывок в неизведанное, создает новые знания, умения, новые объекты и произведения.

Вопросы для контроля знаний

В чем сущность концепции о системе крови и кровообращения?

Каковы функции системы органов пищеварения?

Что такое метаболизм, анаболизм и катаболизм?

Какова основная функция почек?

Какими свойствами обладают гормоны? Какова их роль в организме?

Что такое нейрон?

Что изучает высшая нервная деятельность?

Покажите различные подходы к пониманию термина "биоэтика".

В чем состоит основное противоречие в трактовке единства феноменов здоровья и болезни?

Можно ли говорить о количестве здоровья и чем оно измеряется?

Назовите различные фазы работоспособности.

18. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ЭКОЛОГИИ

Во всем подслушать

жизнь стремясь,

Спешат явленья обездушить,

Забыв, что если в них нарушить

Одушевляющую связь,

То больше нечего и слушать.

Гёте

18.1 Биосфера

Под биосферой понимают тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 11 км в глубь Земли до 33 км над Землей. Живые организмы, включающие в себя все известные химические элементы, в процессе жизнедеятельности осуществляют превращение энергии. Все живое разделено на пять царств: бактерии, водоросли, грибы, растения и животные.

Современная наука считает, что примерно 1 млрд лет назад произошло разделение живых существ на царства растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению. У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Большинство растений необходимые для жизни вещества получают в результате поглощения минеральных соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые создают растения в процессе фотосинтеза. Классификация растений и животных построена в соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был признан вид, а более высокие уровни составили последовательно род, отряд, класс.

На Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных -- 70 тыс., птиц 16 тыс., млекопитающих -- 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский в своем учении о биосфере. Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:

Принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма.

Принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов.

Принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.

Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.

Правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные.

Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

Пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 430° (от -250 °С до +180 °С) является предельным тепловым полем.

Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

Биосфера, по В. И. Вернадскому, -- это организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Биосфера -- не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она -- организованная оболочка. Быть живым -- значит быть организованным, отмечал В. И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли.

По В. И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу, а именно:

живое вещество -- совокупность живых организмов;

биогенное вещество -- непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косвенное вещество биосферы и обратно;

косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.);

биокосное вещество, например почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры;

радиоактивное вещество;

рассеянные атомы;

вещество космического происхождения.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43 * 1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% -- животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов -- 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03 1012, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -- беспозвоночные и только 4% -- позвоночные, из которых десятая часть -- млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы. Кроме растений и животных В. И. Вернадский включает в понятие "живое вещество" и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальные живые существа.

Жизнь на Земле ныне полностью зависит от фотосинтеза. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют космическую роль энергетического очага на Земле. Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений (воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. Ежегодно растения образуют до 100 млрд т органических веществ и фиксируют 9 * 1020 Дж энергии солнечной радиации. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода.

Таким образом, все биотические компоненты экосистемы разделены на три основные группы: продуценты (зеленые растения и организмы, могущие использовать химическую энергию, -- хемосинтетики), консументы, или потребители (могут быть нескольких трофических уровней), и редуценты, или разрушители (организмы, преобразующие, минерализующие органику и тем самым замыкающие биологический круговорот). Все живые организмы, так или иначе используя друг друга, образуют гигантский биологический круговорот биосферы. Этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа (солнечная энергия) он имеет и выход -- часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами-минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения таких биогенных пород, как каменный уголь, торф, сапропель и т. п.

В этом большом биогеохимическом круговороте вещества и энергии выделяется целый ряд более частных круговоротов веществ -- воды, углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., в ходе которых происходит обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой. Существование этих биогеохимических круговоротов определяет облик современных экосистем, устойчивость и саморегуляцию биосферы в целом. Поэтому как бы сложны и многообразны ни были проявления жизни на Земле, все формы жизни связаны между собой через круговорот вещества и энергии.

В этой связи можно выделить три этапа эволюции биосферы. Первый этап -- возникновение биотического круговорота, означавшего формирование биосферы. Второй этап -- усложнение жизни на планете, обусловленное появлением многоклеточных организмов. Третий этап -- формирование человеческого общества, оказывающего своей хозяйственно-экономической деятельностью все большее влияние на эволюцию биосферы (ноосфера). Попытки выделить основные этапы эволюции биосферы заслуживают внимания уже тем, что ставят эту проблему в качестве одной из важных задач современной эволюционной теории.

18.2 Экология

У пусть у гробового входа Младая будет жизнь играть, И равнодушная природа Красою вечною сиять.

А. Пушкин

Термин "экология" (от греческого oikos -- жилище) предложен в 1866 г. немецким биологом Э. Геккелем для обозначения специальной биологической науки об организмах "у себя дома", т. е. о взаимоотношениях организмов, в первую очередь диких, и среды их обитания. Примерно с 60-х гг. XX в. под экологией (наукой об окружающей среде) стали понимать науку о различных аспектах взаимодействия организмов между собой и с окружающей средой. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, сообществ, экосистем.

Экология изучает взаимодействие организмов с окружающей средой, создавая целостную картину на основе всей доступной информации. При этом термодинамический подход играет одну из ведущих ролей. Экология сформировалась в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками.

Если учение о биосфере подняло биологию с уровня отдельных видов к целостности высшего порядка, то экология изучает различные уровни целостнсти, промежуточные между организменным и глобальным. Экология показала, что живой мир -- не совокупность живых существ, а единая система, связанная множеством цепочек обитания и иных взаимоотношений. Если даже небольшая часть его погибнет, погибнет и все остальное.

К важным выводам экологии, отмечавшимся еще Вернадским, можно отнести следующие:

каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой, т. е. с другими организмами и неживой природой;

жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись по планете, стимулируя перераспределение энергии и веществ;

размеры популяций возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность их колеблется вблизи равновесного уровня.

Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами, и смещение его в одну сторону, скажем уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, которым не будет хватать пищи. Естественное равновесие существует также между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживают общее равновесие в природе.

В экосистемах необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией.

В экологии наибольшее значение для изучения структуры ее систем приобретает анализ тех трофических, или пищевых связей, которые соединяют различные популяции друг с другом. В экосистеме можно выделить два уровня:

- на верхнем, автотрофном уровне, который называют также зеленым поясом, мы встречаемся с растениями, содержащими хлорофилл и перерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Автотрофными называют организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы в биосфере из окружающей их материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма.

на нижнем, гетеротрофном уровне происходит преобразо вание и разложение этих органических соединений в простые.

Таким образом, в механизме трофических связей можно выделить следующие элементы:

продуценты автотрофных организмов, главным образом зеленых растений, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ;

фагототрофы, к которым принадлежат гетеротрофные животные, питающиеся другими живыми организмами, растительными и животными;

сапротрофы, которые получают энергию путем разложения мертвых тканей или растворенного органического вещества.

Одна из характерных черт всех экосистем состоит в том, что в них происходит постоянное взаимодействие автотрофных и гетеротрофных подсистем организмов. Такое взаимодействие приводит к круговороту вещества в природе, несмотря на то что иногда организмы разделены в пространстве. Автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают в зеленом ярусе системы, где растениям доступен солнечный свет, в то время как на нижнем ярусе усиленно протекают гетеротрофные процессы.

Экологическая проблема с точки зрения ее генезиса воспроизводит ступени развития противоречия между природой и обществом как развития любого противоречия: от единства и равновесия к дисгармонии и конфронтации. Исходя из характера взаимоотношений общества с природой и специфики формирующейся при этом социокультурной сферы, а также на основе анализа факторов ее функционирования и развития, выделяют три периода в генезисе экологической проблемы:

I период -- биогенный (адаптационный, собирательский, присваивающий);

II период -- техногенный (частично преобразовательный): 1-й этап -- аграрный; 2-й этап -- индустриальный;

III период -- ноосферный.

В экологическом отношении мы живем в условиях перехода от II периода к III, некоторые авторы именуют нынешнее состояние взаимоотношений природы и общества "второй научно-технической" или "экологической" революцией.

18.3 Современные проблемы экологии

Мы хотим, чтобы из глубокого, вдумчивого исследования природы рождалась не только мысль, но и дело.

А. Е. Ферсман

Загрязнение природной среды различными отходами производства выше предельно допустимой концентрации приводит к росту заболеваемости, и это принято считать современным экологическим кризисом. Его разделяют на локальный и глобальный. Локальный экологический кризис выражается в местном повышении уровня загрязнений -- химических, тепловых, шумовых, электромагнитных -- за счет одного или нескольких близко расположенных источников. Глобальный экологический кризис является следствием всей совокупности хозяйственной деятельности нашей цивилизации и проявляется в изменении характеристик природной среды в масштабах планеты и, таким образом, опасен для всего населения. Земли. Бороться с глобальным экологическим кризисом гораздо труднее, чем с локальным. В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты суперэкотоксикатами и озоновые дыры.

Кислотные дожди -- это атмосферные осадки, рН которых ниже, чем 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники S02 в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти и природного газа, содержащих в своем составе сераоргани-ческие соединения. Часть S02 в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SO2 является цветная металлургия: производство меди, никеля, кобальта, цинка и других металлов включает стадию обжига сульфидов. Оксиды азота -- предшественники азотной кислоты -- попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развивающихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота.

Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на биоту, технические сооружения, произведения искусства. Под действием кислотных дождей и снегов за 1955-1985 годы сильно понизился водородный показатель тысяч озер Европы и Северной Америки, а это в свою очередь привело к резкому обеднению их фауны и гибели многих видов организмов. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов: в Северной Европе от них сильно пострадало примерно 50% деревьев. При понижении рН резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсических металлов.

Парниковый эффект обусловлен нагревом внутренних слоев атмосферы за счет поглощения "парниковыми газами" (прежде всего С02) основной инфракрасной части излучения поверхности Земли, нагреваемой Солнцем. Этот эффект может привести к существенному изменению климата, которое чревато непредсказуемыми последствиями, например к повышению уровня Мирового океана и затоплению низменных участков суши из-за таяния арктических и антарктических льдов. За последние 100 лет концентрация С02 в атмосфере выросла на 20%. Основными источниками увеличения углекислого газа являются топки тепловых электростанций, автомобильные двигатели, лесные пожары и др.

Загрязнение суперэкотоксикатами поверхности Земли, к которым относятся хлордиоксины, полихлорированные бифенилы, полициклические ароматические углеводороды, некоторые тяжелые металлы (в первую очередь свинец, ртуть и кадмий); долгоживущие радионуклиды попадают в окружающую среду в результате аварий на химических производствах, неполного сгорания топлива в автомобильных двигателях, неэффективной очистки сточных вод, катастроф на ядерных реакторах и даже сгорания полимерных изделий в кострах на садовых участках. Суперэкотоксикаты ответственны за многочисленные болезни, аллергии, повышенную смертность, нарушения генетического аппарата человека и животных.

Озоновый слой, расположенный на высоте 25 ± 5 км, как известно, поглощает опасное для всех живых существ биологически активное ультрафиолетовое излучение Солнца (длина волны 240_260 нм). Наблюдения за концентрацией озона в этом слое, ведущиеся только в последние годы, фиксируют ее существенное локальное понижение (до 50% от исходной). Такие места, получившие название озоновых дыр, обнаружены над Антарктидой (1985) и Арктикой (1992). Для объяснения образования озоновых дыр необходимо глубокое понимание комплекса физических, физико-химических и химических процессов, протекающих в тропосфере и стратосфере Земли, необходимо также учитывать солнечно-земные связи, процессы дегазации Земли, потоки техногенных и эндогенных газов в атмосферу и многие другие факторы. В настоящее время их количественный учет невозможен, поэтому однозначного объяснения причин возникновения и затягивания озоновых дыр не существует. Тем не менее средства массовой информации и многочисленная учебно-методическая литература активно распространяют фреоновую теорию разрушения озонового слоя:

Суть ее заключается в следующем. Фреоны (хлорфторуг-лероды) широко используются в качестве хладагентов, вспени-вателей пластмасс, газов в аэрозольных баллончиках, средств пожаротушения и т. п. Выполнив свою рабочую функцию, большая часть фреонов попадает в верхнюю часть атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора. Далее атомы хлора интенсивно взаимодействуют с озоном и регенерируются. Таким способом один атом хлора может разрушить не менее 10 тыс. молекул озона. Следует, однако, отметить, что представления о роли фреонов в разрушении озонового экрана нашей планеты являются всего лишь гипотезой. С ее помощью трудно объяснить причины периодического убывания концентрации озона над Антарктикой, тогда как не менее 90% фреонов попадают в атмосферу в Европе и США.

Известна еще одна гипотеза появления озоновых дыр, основанная на взаимодействии озона с потоками водорода и метана, поступающего в атмосферу через разломы в земной коре, тем более что географические координаты озоновых дыр очень близки к координатам зон разломов в земной коре. Если это так, то колебания концентрации озона следует отнести к природным факторам.

Итак, глобальный экологический кризис, обусловленный антропогенным вмешательством в природные процессы, представляет опасность для жизни на Земле. Возникает вопрос: может ли он быть преодолен? Большинство специалистов сегодня отвечают на этот вопрос положительно, отмечая, однако, что решение этой задачи потребует от человечества грандиозных усилий. Однако сложность проблемы заключается в том, что развитие цивилизации неминуемо влечет за собой загрязнение среды обитания и приводит к появлению сложных экологических проблем. Проблемы эти столь трудны и многоплановы, что некоторые ученые и мыслители всерьез ставят вопрос о свертывании промышленного производства и возвращения человека к патриархальному быту, характерному для середины или второй половины XIX столетия. Но не будем забывать, что численность населения Земли в те годы была в три раза меньше, а средняя продолжительность жизни составляла 30 лет. Захотят ли земляне вернуться в прошлое? Вряд ли.

Теперь попытаемся разобраться в причинах загрязнения окружающей среды. Таких основных причин четыре.

Экономические причины. Высокая стоимость очистных сооружений и других средств охраны природы, достигающая иногда трети капиталовложений, зачастую вынуждает хозяйственников экономить на очистных сооружениях при строительстве новых производств.

Научно-технические причины. Основная часть потока загрязнений обусловлена объективно существующими научно-техническими трудностями. Для их преодоления необходимо иметь в виду приоритетное значение развития науки, современной техники и технологии.

Низкий уровень знаний. В наше время люди, принимающие ответственные технические решения и не владеющие при этом основами естественных наук, становятся социально опасными для общества.

Низкий уровень культуры и нравственности. Каждый современный человек должен быть не только экологически грамотным, но и осознавать свою ответственность за действия, которые приносят природе явный вред.

Для преодоления глобального экологического кризиса необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от безымянного человечества вообще, а от каждого конкретного человека, т. е. от нас с вами. Главную роль в решении этой задачи играет экологическое просвещение всех слоев и всех возрастных категорий общества. Следующий шаг -- создание эффективного природоохранного законодательства. Ключевым элементом в борьбе с экологическим кризисом является поиск грамотных и действенных научно-технических решений. Экологический кризис является наибольшей опасностью, стоящей сегодня перед человечеством. Другие глобальные кризисы: энергетический, сырьевой, демографический -- в своей основе сводятся к проблемам охраны природы. У жителей Земли нет альтернативы: либо они справятся с загрязнением, либо загрязнение расправится с большей частью землян.

18.4 Ноосфера

Одному только разуму, как мудрому попечителю, должно вверять всю жизнь.

Пифагор

В 20-е годы XX в. в Париже на семинаре А. Бергсона русский ученый Владимир Иванович Вернадский заинтересовался идеей

П. Тейяра де Шардена, французского палеонтолога и философа, рассматривавшего феномен человечества с точки зрения глобальной эволюционной перспективы. Тейяр оперировал терминами отправного пункта эволюции, которая началась с появления элементарных частиц, привела к формированию молекул, клеток, многоклеточных организмов и, наконец, социальных групп. Он полагал, что следующей эволюционно-критической точкой станет появление коллективного человеческого сознания, которое станет контролировать направление будущей эволюции биосферы. Он называл эту новую эволюционную фазу ноосферой. Переход к ноосфере был движением от биологической к психологической и духовной эволюции. Для Тейяра ноосфера была последовательным шагом в направлении развертывания и усложнения универсума.

В. И. Вернадский принял такое понятие, помогающее объяснить следствия растущего вторжения человека в планетарные геохимические циклы. Для Вернадского процесс преобразования биосферы путем вмешательства человека был процессом ноо-генезиса. Интенсивное и сбалансированное сосуществование в рамках ноосферы обеспечивает управление биохимическими циклами. Он был убежден, что переход к ноосфере происходит под влиянием научных достижений, и ждал, когда человечество, наконец, осознает это. Требование перехода к ноосфере означает для человечества реконструкцию биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого.

Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни. В задачу человека эпохи ноосферы входит правильное, рациональное использование ресурсов Земли, не нарушая его экологического равновесия во всех направлениях. Земная ноосфера оказывается непосредственно связанной с Космосом.

Итак, что же такое ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды Вернадского позволяют более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

заселение человеком всей планеты;

резкое преобразование средств связи и обмена между странами;

усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли;

начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

расширение границ биосферы и выход в космос;

открытие новых источников энергии;

равенство людей всех рас и религий;

увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики;

свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических воззрений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;

продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить голода, нищеты и ослабить влияние болезней;

разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

исключение войн из жизни общества.

Проследим, насколько выполняются эти условия в современном мире и остановимся более подробно на некоторых из них.

Заселение человеком всей планеты. Это условие выполнено. На Земле не осталось мест, где не ступала бы нога человека. Он обосновался даже в Антарктиде.

Резкое преобразование средств связи и обмена между странами. Это условие также можно считать выполненным. С помощью радио, телевидения и Интернета мы моментально узнаем о событиях в любой точке земного шара. Средства коммуникации постоянно совершенствуются, ускоряются, появляются такие возможности, о которых недавно трудно было мечтать.

Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли. Это условие можно считать если не выполненным, то выполняющимся. Возникшая после Второй мировой войны Организация Объединенных Наций (ООН) оказалась гораздо более устойчивой и действенной, чем Лига Наций, существовавшая в Женеве с 1910 по 1946 г.

Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере. Это условие также можно считать выполненным, хотя именно преобладание геологической роли человека в ряде случаев привело к тяжелым экологическим последствиям. Объем горных пород, извлекаемых из глубин Земли всеми шахтами и карьерами мира, сейчас почти в два раза превышает средний объем лав и пеплов, выносимых ежегодно всеми вулканами Земли.

Расширение границ биосферы и выход в космос. В работах последнего десятилетия жизни Вернадский не считал границы биосферы постоянными. Он подчеркивал расширение их в прошлом как итог выхода живого вещества на сушу, появления высокоствольной растительности, летающих насекомых, а позднее летающих ящеров и птиц. В процессе перехода в ноосферу границы биосферы должны расширяться, а человек должен выйти в космос. Эти предсказания сбылись.

Открытие новых источников энергии. Условие выполнено, но, к сожалению, с трагическими последствиями. Атомная энергия давно освоена и в мирных, и в военных целях. Человечество (а точнее, политики) явно не готово ограничиться мирными целями, более того -- атомная (ядерная) сила вошла в наш век прежде всего как военное средство и средство устрашения противостоящих ядерных держав.

Равенство людей всех рас и религий. Это условие если не достигнуто, то, во всяком случае, достигается. Решительным шагом для установления равенства людей различных рас и вероисповеданий был распад в конце прошлого века колониальных империй.

Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики. Это условие соблюдается во всех странах с парламентской формой правления.

Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических воззрений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли. Трудно говорить о выполнении этого условия в стране, где еще совсем недавно наука находилась под колоссальным гнетом определенных философских и политических построений. Сейчас она от таких давлений свободна, однако из-за тяжелого экономического положения в российской науке многие ученые вынуждены зарабатывать себе на жизнь ненаучным трудом, другие уезжают за границу. В развитых и даже развивающихся странах, что мы видим на примере Индии, Ирана, Пакистана государственный и общественный строй создают режим максимального благоприятствования для свободной научной мысли.

Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить голода, нищеты и ослабить влияние болезней. О выполнении этого условия трудно судить объективно, находясь в большой стране. Однако Вернадский предупреждал, что процесс перехода биосферы в ноосферу не может происходить постепенно и одновременно, что на этом пути временные отступления неизбежны.

Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения. Это условие не может считаться выполненным, однако первые шаги в направлении разумного преобразования природы во второй половине XX в., несомненно, начали осуществляться. В современный период происходит интеграция наук на базе экологических идей. Вся система научного знания дает фундамент для экологических задач. Об этом также говорил Вернадский, стремясь создать единую науку о биосфере. Экологизация западного сознания происходила начиная с 70-х годов, создавая условия для возникновения экофильной цивилизации. Сейчас экстремистская форма движения зеленых оказалась там уже ненужной, поскольку заработали государственные механизмы регулирования экологических проблем. В мировом масштабе для разрешения экологической проблемы в условиях роста населения планеты требуется способность решения глобальных проблем, что в условиях суверенитета различных государств кажется сомнительным.