<< Пред.           стр. 7 (из 15)           След. >>

Список литературы по разделу

  6.4.3. Структура гена. Расшифровка
  генетического кода
  Как особенности живых организмов передаются их потомкам? Материальные основы наследственности стали проясняться около 50 лет назад, когда Ф. Крик и Дж. Уотсон расшифровали строение ДНК. Задолго до этого биологи, изучая передачу наследственных признаков при скрещивании, поняли, что каждый признак определяется отдельной частицей, которую назвали геном. Оказалось, что гены лежат в ядре клетки, в хромосомах. После открытия роли ДНК и механизма синтеза белков стало ясно, что ген - это участок цепочки ДНК, на котором записано строение молекулы определённого белка. В некоторых генах всего 800 пар нуклеотид, в других - около миллиона. У человека всего около 90 тыс. генов.
  Каждая прядь молекулы ДНК представляет собой цепочку из четырёх типов звеньев - нуклеотид, повторяющихся в разном порядке. Нуклеотиды обычно считают парами, так как в молекуле ДНК две цепочки и их нуклеотиды соединены поперечными связями попарно. Четыре сорта нуклеотид, четыре "буквы" позволяют записать генетический текст, который прочитывается механизмами синтеза белка в живой клетке. Группа из трёх стоящих подряд нуклеотид, действуя через довольно сложный механизм передачи, заставляет рибосому - внутриклеточную частичку, занимающуюся синтезом белков - подхватывать из цитоплазмы определённую аминокислоту. Затем следующие три нуклеотида через посредников диктуют рибосоме, какую аминокислоту ставить в цепочку белка на следующее место и так постепенно получается молекула белка. Информации, записанной в ДНК тройками пар нуклеотид, достаточно для построения нового организма со всеми его особенностями.
  Генетическая информация хранится в виде последовательности нуклеотид. Она передаётся в клетке от ДНК к РНК. В процессе этой реакции воспроизводится часть последовательности ДНК, ген и синтезируется матричная РНК. Последовательность матричной РНК, состоящей только из одной цепи, является комплементарной последовательности нуклеотид кодирующей её цепи ДНК.
  Зародилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая целые геномы. До недавнего времени на основе достижений молекулярной биологии и генной инженерии удалось прочитать генетические тексты вирусов грибков, дрожжевых бактерий и, наконец, в 1998 году после 8 лет напряженной работы удалось прочитать геном многоклеточного животного - нематоды (маленького червячка, обитающего в почве). Расшифрован геном человека. Геном нематоды состоит из примерно 100 миллионов пар нуклеотид. Геном человека состоит из 3 миллиардов пар. Создана международная программа "Геном человека". Лаборатории в разных странах сообщают данные о расшифровке нуклеотид (секвенировании) в Международный банк данных, доступных каждому исследователю56.
  Ее результаты существенны для понимания происхождения человека и других видов, эволюции молекул и клеток, взаимодействия информации с потоками веществ и энергии в живых системах. Сегодня ученые полностью расшифровали структуру и расположение всех генов, присутствующих в человеческом организме. Но потребуется значительное время и средства, чтобы понять законы функционирования генов - партитуру, которая превращает солистов (гены) в слаженный оркестр.
  6.4.4. ДНК, её роль в реализации наследственной
  информации
  Эпоха биоинформатики началась после открытия Уотсоном и Криком (1953 г.) двойной спирали ДНК и генетического кода Ниренбергом (1961 г). Комплементарность (взаимодополняемость) двух цепей ДНК дала ключ к пониманию связи структуры и функции (физическая устойчивость спирали с матричным копированием). В биологии появился мир ДНК, РНК и белков, объединенный единым линейным словарем. Если ДНК хранит нереализованную информацию в линейных генах, то мир РНК и белков является мастерской, реализующей пространственный проект клетки.
  Главное свойство структуры ДНК, установленное Уотсоном и Криком, заключается в том, что цепи двойной спирали располагаются одна относительно другой совершенно определённым образом: напротив основания G одной цепи обязательно находится основание С другой цепи, а напротив А - Т (химической причиной этого является наличие водородной связи между размещающимися друг против друга парами оснований). Это означает, что, определив последовательность оснований в одной цепи, можно автоматически узнать последовательность оснований в другой. Перед делением клетки двойная спираль молекулы ДНК разделяется на две цепи, каждая из которых достраивается по принципу комплементарности и образует две копии, идентичные исходной молекуле. В процессе репликации иногда возникают "сбои": запись не той "буквы" или её утрата. Это мутации - основа изменчивости
  Вышеупомянутая программа "Геном человека" была создана в первую очередь для расшифровки всех "текстов" ДНК, которую окрестили "Библией Жизни". Каждая клетка человека содержит двойную нить ДНК из 3 млрд. нуклеотид длиной почти 2 метра. Согласно последним уточненным данным ДНК человека содержит около 4 млрд. "кирпичей". Известный генетик Валерий Сойфер подсчитал, что если всю ДНК клеток одного человека выстроить в линию, то эта нить достигнет Солнца! Между тем вся биологическая информация разбросана крошечными "островками" смысла, вкрапленными в "океаны" бессмыслицы и информационной "пустоты" материнских и отцовских хромосом. Всего 3% территории ДНК работают в режиме программного обеспечения; 97% ДНК не являются источником информации, но этот уникальный каркас выполняет функции копировальной машины.
  В эволюции многих видов ДНК непропорционально растет "черными дырами" и "пустотами" на один "джентльменский набор" из 50.000-70.000 генов. На первый взгляд природа нарушила в случае с ДНК важнейший закон молекулярной экономии: ведь каждой клетке нужно тратить много энергии и средств для упаковки двух метров ДНК в крошечный объем клеточного ядра, который человеческий глаз уже не видит. Почему даже в ДНК крохи "смысла" уравновешены избытком "бессмыслицы"? Зачем так настойчиво хранится и материализуется огромный резерв ДНК, который не работает в клетке? Пока это непонятно.
  Еще недавно полагали, что специализированная клетка выживает с помощью 10.000-15.000 генов. Эти оценки оказались завышенными. Например, в скелетной мышце экспрессировано (прочитано) 1078 генов. Все "мышечные" гены сконцентрированы на пяти хромосомах, однако наиболее важные гены находятся на 17-й, 19-й и 10-й хромосоме. Всего 4% генов обеспечивают уникальный фенотип мышечных клеток, тогда как остальные гены обеспечивают стандартное программирование, почти универсальное для всех специализированных клеток. Как такое малое число генов обеспечивает почти бесконечное функциональное разнообразие клеток?
  Оказалось, что лишь с ДНК и РНК клетка работает как редактор линейных текстов. Однако практически в каждой специализированной клетке были найдены серьезные несоответствия между репертуаром белков и мРНК (копий генов) в цитоплазме. Оказалось, что специальные биохимические машины позволяют прочитывать и комбинировать разными способами текст одной и той же матрицы-заготовки. Поэтому одна и та же молекула мРНК дает от 5 до 20 разных белков за счет комбинаторики составляющих единиц. В мире белков клетка трудится, как архитектор, строя по двухмерным чертежам трехмерные архитектурные ансамбли.
  Для этого природа создала большое количество "розеток" и "вилок" на поверхности белков. Стыковочные модули увеличивают во много раз варианты сборки белков в комплексы. С максимальной изощренностью заполняется микропространство клетки "конвейерами" и "машинами". Вот почему в каждой клетке "репертуар" белковых машин на порядок больше, чем "репертуар" исходных белков. Каждая клетка - выдающийся образец микрозодчества, сочетающего законы искусства с передовыми технологиями. Современная микроэлектроника делает первые шаги в направлении того качества и эффективности, которые обеспечивают каждодневную рутину жизни клеток.
  6.4.5. Клеточная теория (Т. Шван, М Шлейден)
  Клетки - это структурные и функциональные единицы живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, сложилась постепенно в XIX веке в результате микроскопических исследований. Можно вполне убедительно обосновать клеточную основу жизни. Клетка представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве "сырья", и выводить наружу отходы.
  Все клетки живых организмов содержат цитоплазму и генетический материал в форме ДНК. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и воспроизводит самое себя, благодаря чему образуются новые клетки. Во времена Дарвина клетку считали пузырьком, заполненным химическими веществами, который мог образоваться самопроизвольно из органических компонентов. В 1839 г. чешский физиолог Пуркинье предложил термин протоплазма для обозначения живого содержимого клеток. В ту пору в протоплазме трудно было что-либо разглядеть. Однако в настоящее время ясно, что клетка представляет собой очень сложный биохимический механизм, состоящий из более мелких обособленных структур, выполняющих каждый свою "работу". Они были названы органеллами. Как возникла эта структура, неизвестно, и представить её постепенное возникновение в процессе эволюции довольно сложно. Кратко охарактеризуем некоторые наиболее значимые органеллы протоплазмы клетки:
  Рибосомы синтезируют белковые молекулы, пользуясь молекулами информационной РНК как матрицами. Они являются самыми мелкими органеллами. Они присутствуют как в прокариотических, так и в эукариотических клетках.
  Эндоплазматический ретикулум состоит из сети мембран, которые образуют отсеки, где проходит синтез и транспортировка синтезируемых в клетке веществ.
  Ядро содержит наследственный материал клетки в виде ДНК, в которой записана информация, необходимая для функционирования клеточного механизма. Репликация ДНК представляет собой сложный и многостадийный молекулярный процесс. Ядро имеется во всех эукариотических клетках.
  В ядрышках происходит частичный синтез рибосом.
  Микротрубочки образуют сложную сеть, определяющую форму клетки, как бы клеточный скелет. Они же позволяют клетке передвигаться и менять очертания.
  Лизосомы содержат ферменты, разрушающие вещества, которые мешают жизнедеятельности клетки.
  Хлоропласты, находящиеся в клетках растений, осуществляют фотосинтез, то есть преобразовывают солнечную энергию в энергию химических связей в молекулах сахара.
  В клеточную мембрану встроено множество сложных белковых молекул, регулирующих её проницаемость и осуществляющих процессы обмена клетки с окружающей средой.
  Митохондрии - это химические фабрики, генерирующие энергию клетки в процессах управляемого разложения молекул питательных веществ.
  1.4.6. Биогенетический закон
  Этот закон сформулировал Э. Геккель в 1866 г. на основе идей Ч. Дарвина и исследований Ф. Мюллера. Поэтому он носит название биогенетического закона Э. Геккеля - Ф. Мюллера. Биогенетический закон в 1910 г. существенно уточнил А. Н. Северцев (1866 - 1936), создавший теорию филэмбриогенеза.
  Согласно этому закону, зародыши в процессе развития повторяют в несколько сокращённом виде эволюционный путь, пройденный их предками, то есть существует сходство между эмбриональным развитием и эволюционным процессом. В настоящее время установлено, что зародыши высших форм животных сходны с зародышами низших форм. Ранние стадии развития зародыша удивительно сходны у всех позвоночных, и нелегко отличить зародыш человека от зародыша свиньи, цыплёнка, лягушки или рыбы. Повторение (рекапитуляция) в онтогенезе филогенетических черт может быть неполным, с определенными искажениями, связанными с дальнейшими эволюционными преобразованиями, в частности могут повторяться особенности соответствующих фаз развития предковых форм.
  Эмбриогенез - удивительная вещь. Из генетической линейной структуры ДНК получается трехмерный организм. Как - до сих пор никто не знает. Существует линейная запись генетического кода в молекулах ДНК, она представляет собой запись последовательности аминокислот для молекул различных белков. Аминокислоты собираются в белки. Но ген - это линейная структура, в них нет записи формы уха, нет записи формы глаза, носа или длины ног. Там записаны только белки, из которых все строится, и как максимум время появления белков, или, как говорят генетики, время экспрессии генов. Часть генов репрессирована, то есть, неактивна, часть генов - активна.
  В эмбриональном развитии в разное время появляются разные белки. Существуют гены-регуляторы, которые регулируют время и скорость синтеза или количество синтезируемого белка. К форме организма это не имеет никакого отношения. Например, мы можем взять клетку с внутренней стороны щеки, размножить ее и получить килограмм таких клеток. Но из этого килограмма клеток не удастся сделать хотя бы кончик носа потому, что мы не знаем законов, по которым из линейной структуры белков возникает трехмерная форма.
  Размножать клетки в пробирке сейчас может любой лаборант, а вот сделать из них хоть что-нибудь вне организма нельзя. Проблема сложна в том смысле, что механизмы формообразования, то есть превращения линейной структуры в форму, на сегодняшний день неизвестны. Более того, чем дальше, тем яснее становится, что генетической детерминации развития нет, судьба клеток не закодирована геном, она вероятностна. Звучит ошеломляюще, но это так. Законы формообразования играют в эмбриогенезе не меньшую роль, чем генетическое наследование.
  Важнейшее достижение биогенеза заключается в формировании генетических программирующих устройств, позволяющих закреплять достигнутое. Соревнование различных программ в борьбе за существование ведёт к двум важным следствиям:
  Во-первых, естественный отбор совершенствует программы индивидуального развития особей.
  Во-вторых, возникает программирование направления эволюции видов. При этом программирующим устройством становится сама биосфера. Ведь она определяет особенности, скорость и направление эволюционных преобразований видов, входящих в её состав.
  6.5. Философское и естественнонаучное
  постижение смерти
  Биологический и социальный смысл смерти. ( Как следует понимать тезис о бессмертии. ( Возникновение генной инженерии. Социальные следствия её развития. Евгеника.( Клонирование. Социальные и этические проблемы.
 
  Вопрос о конечности, смертности для существа, обладающего сознанием, не может не быть фундаментальным. Конечно, это не означает, что человек каждый свой день должен начинать с размышлений о собственной кончине и предаваться по этому поводу бесконечной скорби. Но не видеть финала жизненного пути и не испытывать его влияния нормальный человек также не в состоянии. Поэтому важно понимать, о чём мы говорим, когда говорим о смерти. Например, биосферный подход к ней, по сути, отрицает её, так как с этой точки зрения важна не жизнь особи и даже популяции, а существование всего живого, что обеспечивается эволюцией, сменой поколений, обновлением генофонда, расширением возможностей. Человек в этом смысле не является исключением и для него в этом смысле смерть - благо, обеспечивающее сохранение вида и его развитие. То есть смерть - лишь продолжение жизни. Но смерть становится смертью - так называемым "злом", когда начинает осознаваться в этической плоскости, применительно к личности. Смерть - это, прежде всего, этическая катастрофа.
  6.5.1. Биологический и социальный смысл смерти
  По определению Всемирной организации здравоохранения, жизнь окончена, когда мозг как главный орган, определяющий существование человека, прекращает свою деятельность. Смерть мозга можно считать биологической смертью - это, пожалуй, единственное, в чем сегодня сошлись ученые и богословы. Но критерии смерти мозга едва ли смогут быть приняты единогласно в ближайшем будущем. Тем более не ясны они были в те времена, из которых пришли к нам самые известные предания об оживлении умерших.
  Социальное отношение к смерти определяется тем, что современное массовое общество стыдится смерти, больше стыдится, чем страшится. Оно ведёт себя так, как будто смерти не существует. Возможно стыд смерти является прямым следствием окончательного ухода "зла". Подтачивание власти дьявола началось ещё в XVIII веке, когда и само его существование было поставлено под сомнение. Вместе с идеей ада стало исчезать понятие греха. Все разновидности духовного и морального зла стали отныне рассматриваться не как свойства человека, а как ошибки общества, которые хорошая система надзора и наказания могла бы устранить. Целью науки, нравственности, социальной организации становится счастье.
  Препятствием к нему ещё остаётся смерть. Устранить её невозможно. Романтики пытались и пытаются ассимилировать смерть, представить её прекрасной. Но идущее с давних времён сосуществование смерти с болезнью, страданием и агонией вызывает отвращение.
  Прошло время и оказалось, что медицина в состоянии не только уменьшить страдание, но и свести его к нулю. Зло перестало цепко держать человека в своих руках. Оно существовало, но вне человека. И общество рано или поздно должно было покончить и с ним. Итак, перспектива зла очевидна. Но как быть со смертью, которую нельзя отменить?
  По сути современное общество признаётся в бессилии, когда пытается не замечать того, чего нельзя предотвратить, вести себя так, как будто смерти не существует. Свинцовое молчание простирается над смертью. Когда же оно нарушается, то делается это только для того, чтобы свести смерть к уровню какого-то незначительного события, о котором стараются говорить с полным безразличием, оттеняя его то "чёрным" юмором, то цинизмом, то бравадой. Ни индивид, ни общество не находят в себе достаточной прочности, чтобы признать смерть.
  Подобное отношение к смерти не может устранить ни её саму, ни страх перед ней. Напротив, под маской медицины возвращаются пугающая дикость и неистовство неприрученной смерти. Смерть в больнице, ощетинившейся трубками медицинских приборов, становится сегодня леденящим душу образом. Обнаруживается зависимость между "удалением" смерти - последнего прибежища зла - и возвращением той же самой смерти в её пугающе диком виде. Это и неудивительно: для приручения смерти необходима была вера в зло. Устранение одного вернуло другое в состояние первоначальной дикости57.
  6.5.2. Что такое бессмертие?
  Есть ли жизнь за... жизнью? Наверное, пока существует человечество, оно будет задавать себе этот вопрос вновь и вновь. Верующие разных конфессий, атеисты, просто обыватели по-разному отвечают на него. История религии и культуры дает нам множество доказательств того, что в древних обществах вера в загробную жизнь появлялась лишь при достаточно высоком уровне развития интеллекта, особенно абстрактного мышления. Многочисленные исследования религиозных текстов, фольклора, археологические изыскания (вплоть до неандертальской культуры) позволяют проследить развитие идеи о бессмертии души.
  Но давайте рассмотрим некоторые явления, которые часто используют для доказательства существования жизни после смерти. Например, существуют исследования, указывающие якобы на то, что поначалу в трупе поднимается температура, вернее, из тела умершего уходит больше тепла, чем оно могло содержать в момент смерти. Установившие этот факт авторы делают вывод, что это результат отделения духа от тела и таким образом, по их мнению, душа приобретает объективно ощутимую данность.
  Однако такие опыты могут иметь вполне материалистическое объяснение, душа тут ни при чем. В качестве одного из объяснений можно привести такое: в живом организме происходит множество ферментативных реакций. После смерти активность разных ферментов падает неравномерно. Например, ферменты, обусловливающие синтез, выключаются раньше, чем гидролитические. Неодновременно инактивируются и окислительно-восстановительные ферменты. Исходя из этого, нетрудно представить такую картину: живому организму присущ, скажем, гидролиз гликогена. В окислении образовавшейся глюкозы принимало участие множество ферментов. С помощью одних получаемая энергия шла на непосредственные нужды организма, с помощью других - запасалась в АТФ или АДФ. Но вот после смерти часть ферментов вышла из строя, а часть еще функционирует. Позже других выключаются те ферменты, которые активируют экзотермические* реакции. Вот и происходит "сгорание" без использования выделяемой энергии, а, следовательно, выделение тепла.
  Можно привести примеры из работ, где опубликованы рассказы лиц, побывавших в состоянии клинической смерти. Пожалуй, самые известные из них - книги доктора Р. Моуди "Жизнь после жизни" и "Свет по ту сторону". В них собраны более ста пятидесяти интервью у людей, возвращенных к жизни после клинической смерти. Тут следует напомнить, что для выяснения истины существует не только научно-экспериментальный метод. Допустим, необходимо доказать, что вы вчера были на работе. В эксперименте вчерашний день вы повторить не можете. Что же делать? Для подобных случаев хорош историко-юридический метод: вы можете предъявить выполненную вчера работу, видевших вас на работе свидетелей, вспомнить отдельные, происшедшие вчера эпизоды... Истина будет доказана, если свидетельские показания совпадут.
  Вот этот метод и применили автор книги "Жизнь после жизни". Хотя большинство рассказчиков говорило, что передать словами их ощущения очень трудно ("Я была в каком-то четвертом измерении"), все же удалось воссоздать схему, по которой строилось большинство рассказов. Вот эта схема. Человек на грани смерти. Он слышит голос врача, который объявляет, что он мертв. Он начинает слышать неприятный шум, какое-то шипение, и в то же время чувствует, что мчится по длинному черному туннелю. Внезапно он оказывается вне своего материального тела, как бы над ним, и наблюдает реанимационные мероприятия.
  После нескольких мгновений смятения человек замечает, что его новая форма - это "нематериальное" тело, которое слышит и видит, но само невидимо и неслышимо. Вскоре возникает теплый и лучистый свет и перед умершим прокручивается фильм его жизни. Позднее, очнувшись, с трудом подбирая слова, он пробует рассказать о пережитом. Но наталкивается на шутки и неверие окружающих. В то же время его жизнь меняется: как правило, смерть его более не страшит. Недавно вышла еще одна книга: "Воспоминания о смерти. Медицинские исследования" доктора Мишеля Сабома. В ней не только воспоминания "умерших", но и описание некоторых экспериментов. Автор как бы соединил оба метода доказательства истины.
  Например, опрашиваемому человеку часто трудно описать словами свое состояние. Сабом предлагал ему рисунки, сделанные или по рассказам ранее опрошенных пациентов, или выполненные художниками-мистиками. Разумеется, каждый раз показывалось несколько картинок, где специфические детали, увиденные ранее "умершим", изображались только на одной. И опрашиваемые указывали именно на эту картинку. Например, "пролетавшие через туннель" дружно уверяли, что ощущали его таким, как он изображен еще в XVII веке художником Иеронимом Босхом. Ощущение выхода "я" из телесной оболочки после клинической смерти наблюдалось и у верующих, и у атеистов, но верующие, когда им показывали рисунок туннеля Босха, принимали его целиком.
  Если бессмертие человечеству пока не "грозит", то как обстоит дело с продолжительностью жизни. Ни в статистических выкладках, ни в результатах биологических исследований не находит подтверждения общепринятое мнение, согласно которому достижения биомедицины увеличивают продолжительность жизни человека. Не существует никаких доказательств, что она изменилась за последние сотни тысяч лет. Отсутствуют и абсолютно достоверные документальные свидетельства того, что кто-либо прожил более 115 лет.
  Успехи медицины в текущем столетии просто дали возможность большему числу людей доживать до того возраста, который, по-видимому, является верхним пределом продолжительности жизни. То есть средняя ожидаемая продолжительность жизни увеличилась, но фактическая нет.
  Если обратиться к эволюционной шкале, оказывается, что продолжительность жизни человека быстро увеличилась до периода, наступившего приблизительно 100 тыс. лет назад, когда данный процесс резко замедлился. Доказательством этого является удивительное соответствие, наблюдающееся при сопоставлении веса мозга и тела взрослых млекопитающих, выраженном в виде функции продолжительности жизни. Чем тяжелее мозг по сравнению с весом тела, тем больше продолжительность жизни. Увеличение пропорции "вес мозга/вес тела" у гуманоидов сильно замедлилось около 100 тыс. лет назад; именно тогда продолжительность жизни у наших предков стала такой, как и сейчас.
  Несколько упрощая, можно сказать, что проблема бессмертия для многоклеточных организмов заключена в ответе на вопрос: способны нормальные клетки к бесконечному делению или нет? По-видимому, нормальные клетки смертны и бессмертие по данному фактору является принципиально недостижимым. Ещё в 1881 г. Август Вейсман предположил, что соматические клетки высших животных, по всей видимости, должны иметь ограниченную способность к делению и смерть наступает вследствие того, что "изношенная" ткань не в состоянии постоянно самообновляться и что способность к росту за счёт клеток не беспредельна, но ограниченна. Современные исследования показали, что при культивировании нормальных эмбриональных клеток человека в лаборатории даже при оптимальных условиях они неизбежно стареют и умирают приблизительно через 50 удвоений клеточной популяции. Видимо, в нормальных клетках имеется механизм, контролирующий количество их делений. Число удвоений клеточной популяции для культивируемых клеток человека обратно пропорционально возрасту донора.
  Человеку как виду не даёт никакого преимущества существование после приблизительно 30 летнего возраста. Средняя ожидаемая продолжительность жизни для новорожденных от австралопитеков до Homo sapiens бронзового века никогда не превышала 18 лет, то есть человек как вид прожил на миллионы лет дольше с 18-летней средней ожидаемой продолжительностью жизни, чем он живёт с нынешней равной 75 годам58.
  6.5.3. Социальные следствия развития генной
  инженерии
  Генная инженерия есть полное или частичное изменение наследственных способностей живой клетки (или целого организма) путём введения в неё новой генетической информации. В результате такой манипуляции клетка начинает вырабатывать вещества, которые ранее она вообще не была способна производить. Генная инженерия покушается как минимум на 3 фундаментальных принципа, установленных природой:
  1. Эволюционный принцип возникновения и развития жизни на Земле во всей её целостности. В лабораториях осуществляется генная манипуляция с бесчисленным множеством особей только одного штамма*.
  2. Принцип целостности жизни. Не учитывается взаимодействие ДНК-молекул со всем тем, что образует живой организм.
  3. Человек в рамках естествознания до сих пор не рассматривается как часть природы.
  В целом деятельность учёных не противоречит этическому кодексу. Они стремятся к приумножению знаний, но не любой ценой и их действия прямо или косвенно направлены на улучшение жизни человечества. Однако судьба открытий зависит не только от воли учёных. Они быстро выходят за рамки чистой науки и приобретают социальное звучание. Поэтому необходимо тщательно обдумать и осмыслить возможные последствия открытий в генетике. Важнейшей задачей в этой сфере является ознакомление общественности с результатами исследований, чтобы люди могли выработать своё отношение к последствиям осуществляемой деятельности.
  Например, нет ничего невозможного в том, что в случае злоупотребления генетическая диагностика, целью которой является раннее выявление заболевания, вполне может быть поставлена на службу некой разновидности евгеники и использоваться для исключения из общества индивидов, считающихся слабыми или не соответствующими норме. Такие возможности могут оказаться привлекательными для тоталитарных государств, и тогда генетика станет страшным оружием, превратив в практику пренатальную селекцию людей на основе генетической информации.
  Следует признать, что такого рода селекция фактически уже осуществляется, когда, например, обследуется женщина с 12 недельной беременностью, чтобы выяснить, нет ли у плода серьёзного генетического нарушения. По сути, это евгенический отбор, но он направлен на то, чтобы оказать помощь новорожденному или прервать беременность, если болезнь угрожает жизни ребенка или обрекает его на страдания.
  Евгеника явилась продуктом эпохи империализма. Идеологическое обоснование евгеники сводится к следующим рассуждениям: если нациям и расам предстоит участвовать в борьбе за существование, то каждая из них должна обеспечить свою приспособленность к выживанию. В этих условиях свободное предпринимательство не может рассматриваться как эффективный способ планирования социального и экономического развития. Биологическое качество белой расы подвергается эрозии вследствие размножения индивидов. наделённых неблагоприятными признаками. Вместо того чтобы оказаться исключёнными в результате конкуренции, эти неполноценные индивиды размножаются в трущобах больших индустриальных городов.
  Термин "евгеника" был предложен Фрэнсисом Гальтоном применительно к программе государственного контроля над воспроизводством населения, которая предусматривала принятие мер для предотвращения передачи неблагоприятных признаков от неприспособленных индивидов последующим поколениям.
  Проигнорированная при своём появлении программа Ф. Гальтона была серьёзно воспринята в начале ХХ века. Евгеника развивалась в Великобритании и США. Достигла своего расцвета в нацистской Германии, где стремление к господству над "низшими" расами в обязательном порядке подкреплялась борьбой за "чистоту" арийской расы. Но фашисты отнюдь не были новаторами в развитии этих идей, они просто использовали и развили программу, которая уже осуществлялась полным ходом в самой Германии и других европейских странах. И в Германии, и в США уголовные и умственно неполноценные элементы подвергались хирургической стерилизации, в то время как в Великобритании они помещались в специальные учреждения и изолировались от общества, чтобы прекратить их воспроизводство.
  Наука оказалась втянутой в евгенику несколькими путями. Психологи разрабатывали тесты для выявления так называемых "умственно неполноценных" индивидов. Биологи занимались обоснованием мнения, согласно которому отрицательные качества закрепляются в наследственности и не могут быть улучшены ни с помощью образования, ни посредством формирования благоприятного окружения.
  Так называемая евгеника и расовая гигиена были основаны на ложной вере в возможность улучшения генофонда, что привело к отрицанию безусловного права личности иметь детей и выбирать супруга, а во времена нацистского геноцида - и права на саму жизнь. Как элемент принудительной социальной политики евгеника не исчезла: она жива в тех странах, где существуют законы о стерилизации. В качестве идеологии она принимается в расчёт в ряде государств и находит сторонников среди некоторых групп населения. Нередки случаи злоупотребления результатами исследований в области генетики поведения, что нередко проявляется в спорах по поводу тестов для определения коэффициента интеллектуального развития, эмоциональных отклонений и других психических расстройств.
  Проблемы и дилеммы, связанные с использованием информации о наследственности, не обязательно потребуют принятия драконовских мер. В то же время возможен и такой вариант развития событий, так как её использование может привести к дискриминации на всех уровнях, начиная с работодателей, сотрудников отделов кадров, страховых компаний по отношению к людям, чьи генетические характеристики обусловливают особую восприимчивость к определённым заболеваниям, раннюю инвалидность или преждевременную смерть.
  6.5.4. Социальные и этические проблемы
  клонирования
  Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение, прежде всего, к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. Начиная с 70-х годов нашего столетия, для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы и даже отдельные соматические (неполовые) клетки.
  Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации - дифференцировки - клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, то есть не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции.
  При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определенного клона, имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой.
  Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом - одно из существенных их отличий от клеток растений. Именно здесь - главное препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных.
  Итак, работы по клонированию позвоночных были начаты на амфибиях в начале 50-х годов и интенсивно продолжаются вот уже более четырех десятилетий. Что касается амфибий, то, несмотря на значительные достижения, проблема клонирования взрослых особей остается до сих пор не решенной. Установлено, что в ходе клеточной дифференцировки у позвоночных происходит или потеря определенных генных локусов, или их необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та часть генома, которая контролирует не ранние, а более поздние этапы онтогенеза, в частности, метаморфоз амфибий. Механизм этого явления пока не поддается научному объяснению. Но очевидно, что для клонирования позвоночных необходимо использовать малодифференцированные делящиеся клетки. Это методически важное положение было учтено в более поздних работах.
  В 1979 году американский биолог Мак-Киннел, внесший большой вклад в работу с амфибиями, утверждал, что полученные результаты не позволяют серьезно говорить о возможности клонирования человека - тогда это казалось недоступным для экспериментальных эмбриологов. Однако еще в то время многие ученые, писатели и даже политики стали активно обсуждать возможность клонирования человека, а некоторые исследователи даже приступили к таким экспериментам. Например, Шеттлз сообщил, что пересадил ядро сперматогониальной клетки (диплоидного предшественника зрелого гаплоидного спермия) в лишенную ядра яйцеклетку человека. В результате три реконструированные яйцеклетки начали дробление, и возникли похожие на морулы скопления клеток, которые позднее деградировали. Шеттлз полагал, что если трансплантировать такие группы клеток в матку женщины, то они могли бы нормально развиваться. Мак-Киннел тогда справедливо возразил, что такое предположение маловероятно и совершенно необоснованно.
  Еще 5-6 лет назад никто из ученых, а их работало довольно много в этой области, не ставил вопрос об использовании в качестве доноров ядер клеток взрослых млекопитающих. Работы сводились, в основном, к клонированию эмбрионов домашних животных, и многие из этих исследований были не очень успешны. Поэтому так поразило появившееся в начале 1997 года неожиданное для всех сообщение авторского коллектива под руководством Уилмута, что им удалось, используя соматические клетки взрослых животных, получить клональное животное - овцу по кличке Долли. На самом деле, однако, исследователи прошли долгий путь, и Уилмуту с сотрудниками пришлось собрать воедино все существовавшие к тому времени достижения, прежде чем они смогли сообщить о сенсационном результате своей работы.
  Каково же положение вещей сегодня? Есть ли серьезные основания считать, что реально наступила эра клонирования млекопитающих? Анализ данных показывает, что за последние 10 лет в результате кропотливой работы исследовательских коллективов сделан прорыв в области клонирования эмбрионов млекопитающих. Что же касается взрослых животных, то пока в наличии лишь один-единственный пример, хотя Долли, без сомнения, уже вошла в историю науки.
  В ряду юридически спорных высоких технологий современной медицины клонирование заняло особое место, поскольку оно позволяет, пока теоретически, получить абсолютный физический "двойник", "биоксерокс" человека. На вопросы, которые ставит такая процедура воспроизводства, иногда трудно дать ответ. "Будет ли копия обладать правами человека и гражданина при живом оригинале? Если да, то какими?" Или: "Кто должен считаться отцом ребенка, если клонируется женская клетка, а в процедуре участвуют три особи: донор клетки, донор яйцеклетки и суррогатная мать?"
  Идея клонирования человека ставит перед сообществом людей такую проблему, с какой оно прежде не сталкивалось. Эта проблема - возможная опасность потери уникальности человеческой личности. Так развивается наука, такова особенность познания, что каждый его новый шаг несет с собой новые, неведомые ранее возможности, но и новые грозные опасности.
  Что касается этической стороны дела, клонирование человека вызывает еще больше возражений:
  * Во-первых, становление человека как личности, базируется не только на биологической наследственности, оно определяется также семейной, социальной и культурной средой. При клонировании индивида невозможно воссоздать все те условия воспитания и обучения, которые сформировали личность его прототипа (донора ядра).
  * Во-вторых, при бесполом размножении изначально жесткая программируемость генотипа предопределяет меньшее разнообразие взаимодействий развивающегося организма с изменяющимися условиями среды (по сравнению с половым размножением, когда в формировании индивида участвуют два генома, сложным и непредсказуемым образом взаимодействующие между собой и с окружающей средой).
  * В третьих, практически все религиозные учения настаивают, что появление человека на свет - в "руках" высших сил, что зачатие и рождение должно происходить естественным путем.
 
 ГЛАВА 7. БИОСФЕРА
  7.1. Генезис биосферы
  Геологические условия возникновения биосферы. ( Эволюция биосферы. Живое вещество. Функции живого вещества в биосфере. Биосферно-космические связи. ( Роль абиотических и биотических круговоротов. Экологические факторы среды. ( Порядок распространения жизни. Движущая сила эволюции.
 
  Особенностью планеты Земля является поверхностная оболочка - биосфера. Эта оболочка является местом сочетания резко отличающихся в физико-химическом отношении компонентов (литосфера, гидросфера, атмосфера), которые входят в новую организованность. Целостный характер биосферы определяется живым веществом, а область, которую оно заполняет, получает собственное название - биосфера. Она в течение примерно 4 млрд. лет преобразовывала лик Земли, существенным образом определяла динамику литосферных, гидросферных и атмосферных процессов и событий. За этот период времени, питаясь энергией космических излучений, биосфера сформировала сложные саморегулирующиеся механизмы, которые обеспечили ей внутреннее саморазвитие, и дали гарантии защиты от губительных факторов космической среды59.
  7.1.1. Геологические условия возникновения
  биосферы
  Земля оказалась своего рода исключением в ряду планет Солнечной системы. Только она одна приобрела себе массивный спутник за счет остатков ударяющихся об нее тел. Можно предположить, что разгадка понимания ранней истории формирования Земли заключена в тайне образования Луны. Если бы Луна образовалась не из остатков метеоритов и астероидов, то значит, их было не так много, а, следовательно, их бы не хватило на быстрый разогрев Земли. Но, видимо, как раз этого "добра" падало на Землю достаточно, и для самой планеты и для образования ее спутника. Ученые рассчитали, что в то время, когда масса Земли постепенно приближалась к семидесяти процентам от современной, скорости тел, ударяющихся о поверхность планеты протоЗемли, достигли такого уровня, что вызвали не только появление отдельных участков расплава, но и перемешивали своими ударами слой до тысячи километров глубиной! (Современный радиус Земли приблизительно равен шести с половиной тысячам километров).
  Но уже при росте массы Земли от 0,70 до 0,95 процентов ее современной величины, средняя толщина слоя ударного перемешивания уменьшается от тысячи до первых сотен километров. Таким образом, на основной стадии формирования протоЗемли лишь низы примитивной мантии не были подвержены влиянию ударов разнообразных тел. Очевидно следующее: вопреки широко распространенным моделям формирования Земли - "холодная начальная Земля" или "магматический океан" - должна рассматриваться компромиссная, но более сложная модель "умеренно горячей первичной Земли".
  Стараниями постоянно падающих тел, постепенно, набирая обороты, начался прогрев Земли, достигая тысячи градусов на глубинах около тысячи километров, происходила дифференциация вещества, словом, все то, что можно назвать началом развития планеты.
  Вполне естественно, что с течением времени под первичной поверхностью Земли - пока примитивной корой, которая подвергалась ударам многочисленных тел - происходила термогравитационная конвекция: тяжелое двигалось вниз, легкое наверх. Это движение так бы и происходило до сегодняшнего дня, как это случилось на ранних стадиях с Марсом или Венерой. Но на их поверхности нет рифтов и движущихся континентов, несмотря на то, что первичный материал, из которого сформировались все планеты солнечной системы, был почти один и тот же.
  Однако на Земле, в отличие от Марса и от Венеры, были водные бассейны и образовались осадочные породы и затем, в процессе метаморфизации, они превращались в граниты. Иными словами, кроме базальтовой коры на Земле получились граниты. А гранитная кора отличается тем, что она легче и может образовывать достаточно "легкие" континенты, плавающие на более плотных базальтах.
  С другой стороны, для того, чтобы происходило движение пусть даже и базальтовых плит по поверхности планеты, необходимо перемещение вещества под ней. На остывшем Марсе этот механизм не работает, в отличие от Венеры. Тем не менее, континентов подобно земным на ней нет. Потому что на Венере отсутствуют все те же океаны. Нет даже льда, который лежал бы на базальтах, и движение одного типа коры относительно другого все равно бы состоялось, пусть бы это и называлось тектоникой ледяных плит. Вода, главный "виновник" появления гранитов на Земле появилась на нашей планете тоже благодаря уникальному стечению обстоятельств, которых не было на других планетах. Дело в том, что Земля располагается "всего" на 0,28 астрономической единицы дальше от Солнца, чем Венера. К тому же современный солнечный поток больше первоначального на двадцать процентов градусов или плюс десять. Но это не все равно для нас. На Венере средняя температура двадцать пять - тридцать градусов, к тому же парниковый эффект приводит к дополнительному разогреву атмосферы. А на Земле постоянная температура плюс пятнадцать и все время существовали теплые области.
  Текучая вода на поверхности оказалась только на одной планете, только на ней появились граниты, которые были включены в сложный процесс дифференциации вещества, начавшийся после массивной бомбардировки протоЗемли астероидами и метеоритами. Но стоило только появиться первой гранитной выплавке, как тут же из нее были "построены" первые континенты. Именно они, подобно ледоколам перемещаясь по Земле, вспарывают ее недра до самого ядра. Только они управляют процессами возникновения или затухания потоков из самых глубин мантии. Не будь на Земле континентов, не было бы того целостного и упорядоченного механизма, который все перемешал внутри нашей планеты.
  С другой стороны, движение твердых плит строго закономерно, и однажды возникнув, они неминуемо должны были вновь и вновь образовывать суперконтиненты, чтобы затем расходиться в разные стороны. Количество континентов, их форма могла быть произвольной, но, однажды появившись, они уже запустили современный геодинамический "котел" внутри Земли.
  7.1.2. Эволюция биосферы. Живое вещество
  Живое вещество резко обособлено от окружающей косной среды в форме миллиардов организмов, размеры которых колеблются от сотен метров до 10-6 см. Они представляют собой автаркические* центры энергетических и физико-химических процессов и непрерывно связаны с окружающей средой биогенной миграцией атомов этой среды в них и из них. Законы физики и химии в живом веществе те же самые, которые мы наблюдаем во всей остальной природе, но они не охватывают целиком всех явлений жизни.
  Для живого вещества на планете Земля речь идёт не о новой геометрии, а об особом природном явлении, свойственном пока только живому веществу, о явлении пространства - времени, геометрически не совпадающем с пространством, в котором время проявляется не в виде четвёртой координаты, а в виде смены поколений. Таким образом, организм сам создаёт своё вещество и резко отграничен от евклидово-ньютоновского или эйнштейновского понимания его окружения60.
  Живое вещество в биосфере играет активную роль и ни с чем, ни с какой геологической силой не может даже быть сравниваемо по своей мощности и непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере. Структура биосферы, функционирующая в течение не менее двух миллиардов лет, очень закономерна и резко отличается от механических структур наших приборов и аппаратов. В биосфере в жизненном процессе проявляется то же самое явление, которое в косной среде наблюдается только в условиях высокой температуры и давления61.
  Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему. Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи. Наиболее стабильные связи сохраняются. Имеется постоянный источник энергии - это излучение Солнца. Прогрессирующая буферность биосферы, обусловленная её многокомпонентностью, обеспечивает стабильность вновь возникающих систем. Ведь в итоге отбора сохраняются лишь достаточно стабильные системы. Наследственная изменчивость, изменение условий жизни в итоге жизнедеятельности, а также в результате абиогенных причин открывают неограниченные возможности прогрессивной эволюции. Лишь в ветви, ведущей к человеку, тенденция развиваться вне конкуренции и без контролирующей роли естественного отбора нашла своё достаточно полное выражение.
  Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Живое вещество перерабатывает на нашей планете три различных формы энергии:
  * Лучистую энергию Солнца, тепловую, световую.
  * Космическую атомную энергию радиоактивного распада, причина которого неизвестна, но который охватывает, по-видимому, все элементы (?, ?, и ?, - излучения).
  * Космическую, исходящую из нашей галактики (Млечного пути) энергию рассеянных элементов62.
  Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и деструкции. В ходе очередной дифференциации из круговорота органического вещества выделился биотический круговорот, в котором основную роль стали играть организмы. Так возникла биосфера.
  Сначала биосфера функционировала путём взаимодействия одноклеточных синтетиков* и деструкторов* между собой и с абиотическими* факторами. Затем в итоге новой дифференциации появились многоклеточные организмы.
  Все эволюционные теории, включая дарвиновскую, базируются на представлении о развитии от простого к сложному. Это представление сталкивается с противоречиями, которых накапливается все больше. В частности, оно противоречит известному в кибернетике правилу Эшби: управляемая система никогда не может быть более сложной, чем управляющая, она всегда более простая. Это правило иногда высказывают так: горшок никогда не может быть сложнее гончара.
  Открытие и изучение генетического кода свидетельствует, что индивидуальное развитие любого живого существа (онтогенез) и развитие систематической группы существ (филогенез) более похожи на редактирование и распечатку готового текста или введение в ЭВМ программы, зашифрованной в дискете. При этом наблюдается такой парадокс: организмы воссоздают себя, то есть воссоздают новые организмы без уменьшения сложности своего строения. Более того, палеонтологам известны такие продолжительные периоды эволюции, на протяжении которых сложность организмов увеличивалась.
  В то же время попытки кибернетиков создать автоматы, способные самовозобновлять себя (то есть "размножаться"), натолкнулись на непреодолимое препятствие: в процессе самовоспроизведения механических систем неминуемо наблюдается уменьшение их сложности ("вырождение"). Причину такого несоответствия живых и механических систем, например, М. М. Камшилов усматривает в том, что "живые организмы также не являются самовоспроизводимыми. Они воссоздают себя в условиях чрезвычайно сложной среды - биосферы". Другими словами, организмы получают некоторые "руководящие указания", информацию из внешней среды, из биосферы, причем система, которая руководит развитием индивида, развертыванием информации, записанной в его генетическом коде, намного сложнее самого организма. Что же это за система? В последнее время все более убедительными кажутся выводы В. Вернадского о том, что биосфера в своем развитии руководствуется информацией, которая поступает из Космоса. Он утверждал, что "космические излучения, которые идут от всех небесных тел, охватывают биосферу, пронизывают всю ее и все в ней... Биосферу нельзя понять в явлениях, которые в ней происходят, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением всего космического механизма".
  Впервые теснейшую связь процессов в биосфере с космическими, солнечными процессами открыл выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский. Он доказал, что биосфера находится под влиянием излучения, поступающего от Солнца и отдаленных галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового размножения многих животных, таких, как саранча, лемминги и т. п., эпидемии, пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере, связаны с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т. п.). "Мы - дети Солнца",-так образно высказался А. Л. Чижевский.
  Электромагнитные поля играют универсальную роль носителей информации в биосфере. Это обусловлено следующими их преимуществами:
  * распространение в любой среде жизни - воде, воздухе, грунте и тканях организмов;
  * максимальная скорость распространения;
  * распространение независимо от погоды и от сезона;
  * возможность передачи на любое расстояние;
  * поступление на Землю из Космоса;
  * на них реагируют все биосистемы.
  Раньше биологи учитывали лишь электромагнитные излучения Солнца в высокоэнергетическом участке его спектра - инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые части диапазона - как источник энергии для всего живого. Лишь в последние десятилетия стала проявляться важная роль, которая отведена природой электромагнитным полям земного и космического происхождения в диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается, накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены. Тем не менее, на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио - и космобиологи, можно утверждать, что функционирование биосферы в целом связано с информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский биолог К. Гробстайн, "невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление - оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции".
  Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным сигналам увеличивается с усложнением строения организмов. Так, позвоночные животные намного чувствительнее к электромагнитным полям, чем беспозвоночные и тем более - простейшие. С усложнением биосистем возрастает их способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.
  Со времен Ч. Дарвина традиционно считается, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее приспособленных индивидов. Нам следует помнить, что лучше всего приспособлены к разнообразным земным условиям простейшие существа - бактерии, вирусы, сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен своей организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали на нашей планете в архейскую эру и с того времени так изменили окружающую среду и биосферу, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены были отойти на задний план.
  Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают там, где никто существовать не может - в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах. Эти организмы действительно хорошо приспособлены к условиям среды. Они придерживаются стратегии максимальной стойкости, консерватизма, сохранения достигнутого уровня совершенства.
  7.1.3. Роль абиотических и биотических
  круговоротов
  Классической и наиболее традиционной классификацией экологических факторов считается их деление на две основные группы: абиотические и биотические факторы.
  Первая включает факторы климатические (температура, свет, влажность, давление и др.), физические свойства почвы и воды. Ко второй относятся факторы питания и различные формы взаимодействия особей и видов между собой (хищничество, конкуренция, паразитизм и др.). Однако это деление не является исчерпывающим.
  Действительно, иногда бывает трудно отнести данный фактор к той или иной группе. Так, температура, если ее рассматривать как абиотический фактор, часто изменяется благодаря присутствию живых организмов. Температура влияет не только на скорость развития, но и на многие другие стороны жизнедеятельности организмов. Она сказывается на количестве потребляемой пищи, на плодовитости, уровне половой активности и т. д.
  Особенности влияния экологических факторов на уровне экосистемы представляют собой емкую проблему, решение которой возможно лишь на основе досконального знания свойств и функций экосистемы. Однако уже сейчас можно отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосистемы, будет влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные свойства.
  Это воздействие можно объяснить следующими причинами:
  1. Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между ними.
  2. Во-вторых, все особи, входящие в состав экосистемы, являются объектами воздействия абиотических факторов. Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет уменьшение плотности популяций, входящих в состав экосистемы. Если же физиологическая реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии, пространственном распределении видов в экосистеме, на характере их взаимодействия друг с другом, что, в конечном счете, скажется на специфических свойствах последней. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.
  Основа биосферы - это круговорот органического вещества, осуществляющийся при участии всех населяющих её организмов, - то, что получило название биотического круговорота. В закономерностях биотического круговорота решена проблема длительного существования и развития жизни. Каждый вид организмов представляет собой звено в биотическом круговороте. Используя в качестве средств существования тела или продукты распада одних организмов, он должен отдавать в среду, то, что могут использовать другие. Растения ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 10% от их биомассы, а деструкторы, составляющие 1% от суммарной биомассы организмов планеты, вынуждены перерабатывать массу органического вещества, в 10 раз превосходящую по весу их собственную биомассу. Уже при таких сравнительно грубых расчётах обнаруживается исключительно точная подгонка главных компонентов биотического круговорота.
  Биотический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества - одна из самых существенных форм организации жизни на Земле. Только он обеспечивает непрерывность жизни и её прогрессивное развитие. В качестве звеньев биотического круговорота выступают особи и виды организмов разных систематических групп от микроорганизмов до высших представителей растительного и животного мира, взаимодействующие между собой и непосредственно и косвенно с помощью многочисленных и многосторонних прямых и обратных связей.
  Использование принципа круговорота позволило живой системе успешно решить проблемы устранения вредных отходов и экономии материальных ресурсов. Все живые существа в процессе жизни портят среду. Однако эта порча быстро ликвидируется организмами других видов, как правило, ближайшими соседями, она всегда локальна и временна. Точная подгонка звеньев круговорота обеспечивает сохранение в биосфере определённого запаса химических веществ в течение сотен миллионов лет биогенеза.
  Таким образом, понятие "жизнь" относится не к отдельным организмам, а ко всей совокупности живых организмов, связанных определёнными взаимоотношениями. Наличие разнообразных связей между организмами приводит к тому, что биогеоценозы приобретают элементы целостности, устойчивости, относительной независимости в развитии. Это проявляется, в частности, в способности противостоять различным внешним воздействиям, что получило название гомеостаз63.
  Кроме упомянутых выше существует классификация экологических факторов, основанная на оценке степени адаптивности реакций организмов на воздействие факторов среды. Эта классификация предложена советским ученым А. С. Мончадским.
  Суть её в том, что рациональная классификация экологических факторов должна, прежде всего, учитывать особенности реакций живых организмов, подвергшихся воздействию этих факторов, в том числе степень совершенства адаптаций организмов, которая тем выше, чем древнее данная адаптация. Эта классификация подразделяет все экологические факторы на три группы:
  1. Первичные периодические;
  2. Вторичные периодические;
  3. Непериодические факторы.
  Адаптация в первую очередь возникает к тем факторам среды, которым свойственна периодичность - дневная, лунная, сезонная или годовая как прямое следствие вращения земного шара вокруг своей оси и его движения вокруг солнца или смены лунных фаз. Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно укрепились в их наследственной основе. Температура, освещенность, приливы и отливы относятся к первичным периодическим факторам. Действие непериодических факторов сказывается преимущественно на численности особей в пределах конкретной территории.
  Климатические первичные периодические
  факторы:
  Свет.
  Температура.
  Вторичные периодические факторы:
  Влажность.
  Непериодические факторы:
  Шквальный ветер.
  Значительная ионизация атмосферы.
  Пожары.
  Факторы физические неклиматические:
  Факторы водной среды.
  Содержание кислорода.
  Соленость.
  Давление.
  Плотность.
  Течения.
  Вода.
  Механический состав.
  Соленость и пр.
  Факторы питания:
  Количество пищи.
  Качество пищи.
  Факторы биотические:
  Внутривидовые взаимодействия.
  Межвидовые взаимодействия.
  7.1.4. Порядок распространения жизни
  При размножении и захвате поверхности планеты живое вещество как бы растекается по ней, заселяя тем большую территорию, чем меньше оно встречает препятствий. Каждый организм имеет свою определённую скорость размножения и роста и разница в этой работе организма для разных их видов может достигать многих сотен тысяч видов64.
  Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к размножению - наиболее характерным свойством жизни - и ограниченностью материальных ресурсов, могущих быть использованными. Противоречие разрешается путём овладения новыми источниками вещества и энергии, а, следовательно, и новой информацией. Изменчивость живого - предпосылка, а отбор - способ закрепления и совершенствования организации.
  Благодаря способности к самовоспроизведению, живое, приспосабливаясь к различным условиям, всё время выходит за пределы замкнутого цикла. Однако в результате активности одноклеточных это приводит не к разрушению циклической структуры, а к расширению круговорота.
  Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо поступают из минералов, либо становятся доступными в результате минерализации органического вещества. Все химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. Жизненно необходимыми и незаменимыми являются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах:
  натрий, фосфор, сера, калий, кальций, магний, а также микроэлементы - железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: например, кремний - для диатомовых водорослей.
  Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и беспрепятственного развития нужно, чтобы растение получало питательные вещества, включая микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих соотношениях. Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются по своим потребностям в питательных веществах.
  Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быстро исчерпали бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже возможен примитивный круговорот.
  Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют. При этом происходит расщепление органических веществ. Если продукты расщепления вновь используются автотрофами, возникает круговорот между организмами, населяющими экосистему. Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный обмен материалом - круговороты питательных веществ, энергию для которых поставляет Солнце.
  При рассмотрении вопроса об истории взаимодействия организма и среды можно выделить две противоположные позиции:
  1. Первая - это экзогенетизм, абсолютизирующий внешние факторы при формировании организма. То есть среда формирует организм. В числе представителей этого направления можно назвать Лысенко, Мичурина.
  2. Вторая позиция - это эндогенетизм, абсолютизирующий внутренние факторы организма в его взаимоотношениях со средой. Представители этой группы Е. Л. Тэтум, Е. де Робертис, В. Новинский.
  Но истина, вероятно, заключается в том, что организм и среда едины и неразрывны. Необходимость представления о таком единстве вытекает хотя бы из закономерностей метаболизма, связывающих организм и среду. Можно выделить следующие факторы, относящиеся к среде как к компоненту системы "организм - среда":
  * Абиотические факторы: (физические воздействия - температура, ионизирующая радиация, свет, давление и плотность атмосферы, химические - соли, газы и т.д.).
  * Биотические факторы (воздействие через гетеротрофное питание, через продукты выделения, инфекцию и т. д.)
  * Антропогенные факторы (влияние человека на природу через потребление).
  Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной ими химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты и т. п., завершая тем самым круговорот питательных веществ.
  Поэтому можно определить экосистему так:
  * Экологическая система представляет собой любое непрерывно меняющееся единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает определенную трофическую* структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.
  Земная форма жизни чрезвычайно тесно связана с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что вода составляет основную часть массы любого земного организма (человек, например, более чем на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медуза - на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, когда на ней появилась гидросфера, а это, по геологическим сведениям, произошло почти в момент возникновения нашей планеты. Многие из свойств живых организмов обусловлены именно свойствами воды, сама же вода поистине феноменальное соединение. Так, например, вода - это кооперативная система, в которой всякое действие распространяется "эстафетным" путем на тысячи междуатомных расстояний, то есть, имеет место "дальнодействие".
  Некоторые ученые считают, что вся гидросфера Земли, в сущности, есть одна гигантская "молекула" воды. Установлено, что вода может активироваться естественными электромагнитными полями земного и космического происхождения (в частности искусственного).
  Чрезвычайно интересным было недавнее открытие французскими учеными "памяти воды". Возможно, что биосфера Земли есть единый суперорганизм, обусловленный в своей жизнедеятельности этими свойствами воды? Ведь в этом случае все организмы - это составные части, "капли" этой супермолекулы земной воды.
  7.2. Биогеохимические процессы в биосфере
  Состав вещества биосферы. Состав экосистемы. Продуценты - консументы - редуценты. ( Особенности основных биосферных циклов. Биосферный цикл углерода. Биосферный цикл азота. Биосферный цикл фосфора. ( Биохимические функции живого вещества. Виды функций. ( Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы. Виды биогенной миграции атомов.
 
  Если говорить о биосфере в целом, то биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
  Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро компенсируют различные нарушения. Например, избыток СО2, накопившийся в каком-нибудь месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается атмосферными потоками. Кроме того, усиленное образование углекислоты компенсируется ее потреблением растениями и превращением в карбонаты - в морях. Поэтому, циклы газообразных веществ с их громадными атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе хорошо "забуференными", так как их способность возвращаться к исходному состоянию велика.
  Самоконтроль циклов с резервным фондом в литосфере затруднен - они легко нарушаются в результате местных флуктуаций, что связано с малой подвижностью резервного фонда. Явление "забуференности" в этом случае не выражено.
  7.2.1. Состав вещества биосферы
  Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей. Оно представлено совокупностью живых организмов, живого вещества, рассеянного в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией и являющихся могучей геологической силой, нигде на планете больше не существующей, связанной с другим веществом биосферы только биогенной миграцией атомов. Концентрация живым веществом определённых химических элементов в биосфере есть, по-видимому, её господствующий биогенный геологический процесс.
  Также мы имеем вещества, образуемые процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твёрдое, жидкое и газообразное. Из них только газообразное и жидкое (и дисперсное твёрдое) являются на поверхности биосферы носителями свободной энергии.
  * Биокосное вещество, - которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других (вода, нефть, почва и т. д.). Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия.
  * Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Это вещество в такой форме (дисперсно-рассеянное) является одной из самых мощных сил, меняющей всю энергию биосферы.
  * Вещество космического происхождения, атомы, молекулы из электромагнитного потока Солнца, исток отдельных атомов и молекул, приходящих из космического пространства65.
  Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:
  * Неорганические вещества: углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.
  * Органические соединения: белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества и т. д.
  * Факторы, связывающие биотическую и абиотическую части экосистемы; климатический режим, температура и другие физические факторы;
  * Продуценты: автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ;
  * Консументы: гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;
  * Редуценты (деструкторы, декомпозиторы): гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые расщепляют сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами.
  Первые три группы - неживые компоненты, а остальные составляют живой вес (биомассу). Расположение трех последних компонентов относительно потока поступающей энергии представляет собой структуру экосистемы.
  1. Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей.
  2. Консументы, поедая продуцентов, разрывают эти связи. Высвобожденная энергия используется консументами для построения собственного тела.
  3. Наконец, редуценты рвут химические связи разлагающегося органического вещества и строят свое тело.
  В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной.
  Органические вещества разлагаются на неорганические и возвращаются к продуцентам. Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня (продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота - твердых и газообразных веществ.
  В структуре и функции экосистемы воплощены все виды активности организмов, входящих в данное биотическое сообщество: взаимодействия с физической средой и друг с другом. Однако организмы живут для самих себя, а не для того, чтобы играть какую-либо роль в экосистеме. Свойства экосистемы слагаются благодаря деятельности входящих в нее растений и животных.
  Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию реализуется через гомеостаз. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи, который можно продемонстрировать на примере зависимости плотности популяции от пищевых ресурсов. Обратная связь возникает, если "продукт" оказывает влияние на "датчик"
  В результате отклонения плотности популяции от оптимума в ту или иную сторону увеличивается рождаемость или смертность, результатом чего будет приведение плотности к оптимуму. Такая обратная связь, т. е. связь, уменьшающая отклонение от нормы, называется отрицательной обратной связью. Положительная же обратная связь увеличивает это отклонение.
  Облик биотического сообщества определяется не только разнообразием видов и другими показателями, которые отражают связи между видами, входящими в состав биотического сообщества. Функционирование сообщества и его стабильность зависят также от популяционных связей, от распределения организмов в пространстве и характера их взаимодействия с внешней средой. Все это составляет понятие внутренней организации сообщества. О ней можно судить на основании следующих параметров:
  1. Стратификация (зональность): растения и животные распределены не равномерно по всей экосистеме, а пятнами, в которых плотность может быть максимальной или, наоборот, минимальной.
  2. Активность (периодичность): периодичность сообщества является результатом синхронной активности в течение дня и ночи целых групп организмов. Для всех сообществ характерна также сезонная периодичность, что нередко приводит почти к полному изменению структуры сообщества в течение года.
  Изменение экосистем может происходить под воздействием разных причин. В зависимости от вектора действующих сил различают:
  1. Аллогенные изменения, которые обусловлены влиянием геохимических сил, действующих на экосистему извне. В качестве таковых могут выступать климатические и геологические факторы.
  2. Автогенные изменения, которые обусловлены воздействием процессов, протекающих внутри экосистемы.
  В большинстве случаев, однако, трудно разграничить процессы, находящиеся под влиянием внешних и внутренних факторов. Например, эвтрофикация озер происходит под действием населяющих их сообществ, толчком к изменению которых служит поступление в озеро питательных веществ извне, с водосбора.
  Тем не менее, степень участия сообщества в преобразовании экосистемы, как правило, устанавливается без особого труда и, кроме того, автогенные изменения характеризуются рядом различимых специфических признаков.
  7.2.2. Особенности основных биосферных циклов
  Циклы функционируют под действием биологических и геологических факторов. Существование биогеохимических циклов создает возможность для саморегуляции системы, что придает ей устойчивость - постоянный количественный состав по различным химическим элементам в ней.
  В связи с хозяйственной деятельностью человечества и вовлечением в окружающую среду техногенных продуктов этой деятельности, возникают проблемы, обусловленные нарушением природных биогеохимических циклов. Эти нарушения связаны как с изменением баланса в циклах, так и с появлением новых химических соединений, ранее отсутствующих в естественных процессах. Циклы некоторых элементов (например, азота, серы, фосфора, калия, тяжелых металлов) превратились в настоящее время в природно-антропогенные, характеризующиеся значительной незамкнутостью, что приводит к их накоплению и, соответственно, к воздействию на экосистемы.
  Биосферный цикл углерода
  Круговорот углерода связан с использованием СО при фотосинтезе; в процессе дыхания растение возвращает СО в атмосферу. Животные , поедая растения, возвращают в воздух добавочные количества СО. После своей смерти они, так же как и растения , служат субстратом для роста бактерий и грибов, которые в конечном счёте расщепляют органическое вещество до СО. Эрозия и растворение известняка приводят к освобождению карбонатов, а затем и СО. Некоторые организмы, погребённые в осадках, выводят из круговорота большие количества углерода, накопленные в виде нефти, газа, каменного угля и торфа. Но при сжигании этих горючих материалов углерод снова освобождается в виде СО. Организмы, обладающие известковыми раковинами, при своей гибели также временно связывают углерод, участвуя в образовании известняков или коралловых рифов.
  Биосферный цикл азота
  Цикл азота - пример сложного круговорота газообразных веществ, способных к быстрой саморегуляции. Схема цикла может быть представлена следующим образом:
  Атмосферный азот связывается при разрядах молний и в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, которые превращают его в растворимые нитраты. Нитраты попадают в почву или в воду, где они могут быть использованы растениями. Некоторое количество азотистых соединений выделяют в почву растения и животные, остальной азот, в конце концов, высвобождается при расщеплении растительного и животного материала бактериями, которые превращают его азотистые вещества в аммиак. Аммиак образуется также при вулканических процессах. Нитрифицирующие бактерии 1 фазы превращают аммиак в нитриты, из которых нитрифицирующие бактерии 2 фазы образуют нитраты. Денитрифицирующие бактерии возвращают азот в атмосферу, такой же кругооборот совершается и в морских местообитаниях.
  Азот наиболее распространен на Земле в форме газообразного N2. И хотя азот важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот, растения не могут непосредственно брать его из атмосферы. Они способны усваивать лишь связанный с кислородом или водородом азот, т.е. переведенный в другие химические формы - аммиак, ионы аммония, нитрат - и нитрит-ионы. Важнейшая часть цикла - связывание азота совершается азотфиксирующими бактериями, связыванием в атмосферных процессах и промышленной фиксацией.
  Другой важный процесс цикла азота - восстановление нитрат-ионов до атмосферного азота. Осуществляется почвенными анаэробными бактериями - денитрификаторами.
  Денитрификация - главная причина потерь азота в земледелии (до половины связанного в удобрениях азота уходит в атмосферу). Велика роль антропогенного фактора в цикле азота. Прежде всего - промышленная фиксация азота (объемы сравнимы с природными). Основной метод фиксации - производство аммиака. Это токсичный газ с резким запахом. Взаимодействует с кислотными осадками, образуя плотные туманы.
  Биосферный цикл фосфора
  В то время как резервуаром азота является воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии. Большая часть фосфора при этом снова теряется, так как вода смывает его в море, где он связан в морских осадках и может стать доступным только тогда, когда здесь произойдёт поднятие земной коры. В мелководных морских осадках фосфор доступен для рыб, которых в свою очередь поедают птицы. Они возвращают фосфор в круговорот со своими экскрементами (гуано), снова смываемыми в море, где их используют планктонные организмы и рыбы. Есть основания полагать, что фосфор возвращается в круговорот не полностью и что доступные ресурсы его, в конце концов, иссякнут. Истощению этих ресурсов способствует человек, который добывает и, в конечном счете, безвозвратно теряет больше фосфора, чем возвращает в оборот.
  Фосфор является одним из важнейших биогенов. Он входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. Цикл фосфора - пример простого осадочного цикла с весьма несовершенной регуляцией. Особенностью цикла фосфора является отсутствие естественных токсичных его соединений. Главным резервуаром фосфора служат горные породы. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфат-иона. Фосфаты растворимы в кислых растворах и в бескислородных средах, нелетучи. Растения поглощают фосфат-ионы из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. В них фосфор выступает в форме органического фосфата. Особенностью этих соединений является наличие связи Р-О-Р. При их гидролизе освобождается большое количество энергии.
  Например, при гидролизе подобной молекулы - пирофосфата выделяется 29 кДж/моль, что значительно больше, чем, если бы гидролизу подверглась любая другая молекула, не содержащая Р-О-Р - связей. По пищевым цепям фосфор поступает от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями.
  Особенность круговорота фосфора можно рассмотреть при сравнении с круговоротом углерода. Значительная часть фонда углерода находится в газообразной фазе, и он способен свободно распространяться в атмосфере. В случае фосфора газовой фазы и свободного перераспределения в экосистеме нет. Попадая в закрытые водоемы, фосфор насыщает и пересыщает систему. Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в системе в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах подобное равновесие соблюдается. Это касается и чисто минеральной формы фосфора.
  Деятельность человека приводит к нарушению естественного цикла фосфора. Она характеризуется разделением мест потребления и утилизации биогена, в частности, фосфора. Урожай, вместе с извлеченными из почвы биогенами, различные продукты питания, перевозятся на большие расстояния к потребителям. Продукты жизнедеятельности человека, содержащие фосфор, сбрасываются в водоемы и, пересыщая их этим биогеном, вызывают эвтрофикацию. Важнейшим источником накопления фосфора в окружающей среде являются фосфатсодержащие детергенты. Подсчитано, что человеческие экскременты дают только 30% фосфата сточных вод, а 60% поступают в них с детергентами.
  7.2.3. Биохимические функции живого вещества
  Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:
  1. Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.
  2. Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.
  Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.
  Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.
  Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:
  1. Газовые функции
  2. Концентрационные функции
  3. Окислительно-восстановительные функции
  4. Биохимические функции
  5. Биогеохимические функции
  Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере66.
  7.2.4. Биогенная миграция атомов
  и биогеохимические принципы
  Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского гласит - "миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории"67.
  3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
  Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
  1. Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
  2. Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов68.
  Низшие организмы - не какой-то случайный пережиток прошлого, они - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
  Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы "кладовыми органического синтеза", в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные69.
  Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии70.
  Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
  Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:
  1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.
  2. Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
  В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени. В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом. В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы71.
  7.3. Экологическая структура биосферы
  Биосфера: многокомпонентная иерархическая система. Устойчивость видов. Биосфера - гигантский "суперорганизм". ( Прокариоты и эукариоты. Бактерии, вирусы и сине-зелёные водоросли. ( Растения. Грибы. животные
 
  Оставляя для размножения те или иные особи и, следовательно, их генотипы, естественный отбор сохраняет способы интеграции внешней информации, то есть конкретные фенотипы. Особь - основной субстрат жизни, в котором накапливается наследственная информация, исторический опыт. Особь - это в первую очередь лаборатория новообразований. Популяция - первичная ячейка действия естественного отбора. Биогеоценоз - первичная ячейка эволюции. В нём содержатся все основные компоненты биотического круговорота. Биосфера - многокомпонентная саморегулирующаяся система, сохраняющая относительную устойчивость и способность прогрессивно развиваться. Новое появляется в особи, а его конечная судьба и значение определяются положением вида в биосфере.
  7.3.1. Биосфера - многокомпонентная иерархическая
  система
  Понимание структуры биологического разнообразия и его динамики непосредственно связано с сосуществованием видов - как друг с другом, так и с человеком. Говоря о биологическом разнообразии можно поставить два основных научных вопроса:
  1. Почему на Земле существует так много разных видов, или, иначе, как это разнообразие возникло?
  2. Каким образом разные виды сосуществуют друг с другом, и почему в одних местах обитает много видов, а в других - мало?
  Первый вопрос связан с происхождением видов и изучается в генетике, молекулярной и эволюционной биологии. Но в данном контексте наиболее важен второй вопрос, поскольку виды всё быстрее теряют способность сосуществовать друг с другом и, прежде всего с человеком. Потеря способности к сосуществованию ведёт к вымиранию видов, как в локальном, так и в глобальном масштабе. Если вымирание носит глобальный характер, то восстановить его нельзя никакой ценой.
  Сохранение биологического разнообразия зависит от выживаемости видов, которая в свою очередь обеспечивается двумя факторами:
  1. Достаточно большой численностью особей, что позволяет хотя бы некоторым представителям вида пережить возможные катастрофы.
  2. Поддержание высокой плодовитости, что даёт популяции возможность быстро восстанавливаться между катастрофами.
  За последние сто лет биологическое разнообразие флоры и фауны нашей планеты значительно сократилось. Это объясняется целым рядом причин, и в первую очередь активным воздействием человека на природную среду. Такие воздействия выражаются в урбанизации, которая угрожает естественным местам обитания диких животных и растений, в беспощадном сведении лесов, в постоянном освоении всё новых и новых пахотных и пастбищных земель. Так называемая "зелёная" революция лишь ускорила процесс генетической эрозии, поскольку земледельцы перестали возделывать многие традиционные культуры, ограничившись небольшим числом новых "чудодейственных" сортов.
  Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и пока что расшифрована лишь в общих чертах. В целом биосфера очень похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз - динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики (теории управления), в каждом биоценозе, то есть совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая "лишнюю" биомассу. За травоядными пристально "следят" хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников являются хищники второго рода и паразиты, которыми "руководят" сверхпаразиты, и т. д.
  Поэтому на Земле существует много видов животных. Среди них нет "лишних" или "вредных" - такие эпитеты дает им человек. Особенностью биосферных связей есть и то, что управляющая и управляемая подсистемы в ней часто меняются местами. Так, уменьшение количества растительного корма вызывает снижение численности хищников и паразитов через механизм обратной связи.
  Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются (большей частью автоматически) и учитываются живыми организмами. Способность воспринимать, сохранять и передавать информацию есть и у безжизненных объектов. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным.

<< Пред.           стр. 7 (из 15)           След. >>

Список литературы по разделу