Экоцивилизация. Путь перемен ради жизни
Протерозойская эра предоставляла собой бурный тектонический период. В результате выдавливания из недр, перемещения, столкновения, складкообразования, к концу протерозоя сформировались два древнейших материка – Лавразия и Гондвана. Протерозойская эра была отмечена тремя периодами оледенения. Резкие глобальные похолодания климата Земли отмечались, начиная с 2,5 млрд. лет назад до окончания протерозоя 570 млн. лет назад. К тому же светимость Солнца в протерозое оставалась на 10% ниже современной.
Атмосфера в протерозойскую эру претерпела глобальное изменение. Вследствие интенсивного растворения углекислого газа в Мировом океане и связывания его в карбонатных отложениях, доля СО2 в атмосфере снизилась до долей процента, основную массу атмосферы составил азот. Также, в атмосфере, благодаря жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов, плававших в протерозойском океане, начало нарастать содержание кислорода. К концу протерозойской эры концентрация кислорода составила 10% от современной. Росту концентрации способствовало прекращение поступления на поверхность чистого железа – главного поглотителя кислорода в архее.
Новые химические условия атмосферы – поступление кислорода и удаление углекислого газа обусловило появление новых форм жизни, основанных на потреблении О2 для окисления органического вещества в процессах дыхания, сопровождающихся выделением СО2. Так, примерно 2,0 млрд. лет назад возникли первые одноклеточные ядерные организмы – эукариоты. К концу протерозойской эры появились первые многоклеточные водные организмы – водоросли, кораллы, черви.
В протерозое на первое место по влиянию на процессы эволюции Земли вышли живые организмы. Поэтому дальнейшая история Земли получила название фанерозой – эпоха явной жизни. Действительно, влияние жизни на химический состав и физические характеристики природных сред – атмосферы, гидросферы и литосферы всё время возрастало в процессе биологической эволюции. Биосфера стала ведущим геологическим, химическим и физическим фактором на Земле.
Земля в палеозойской эре
В палеозое материки Лавразия и Гондвана вновь состыковались, образовав большой суперконтинент, названный Пангея. В дальнейшем она стала источником образования тектонических плит всех современных континентов.
Химический состав воды в Мировом океане приблизился к современному. В процессе накопления донных отложений главную роль стали играть биологические процессы. Палеозой характеризуется формированием океанической коры и мощными донными отложениями известняка и доломита в каменноугольном периоде, главную роль в образовании которых, сыграли живые организмы.
В атмосфере происходил неуклонный рост концентрации кислорода. В девонском периоде концентрация О2 приблизилась к современной. В то же время концентрация СО2 возросла с 0,1% до 0,4% по массе. В верхних слоях атмосферы в ордовикском периоде начал образовываться озоновый слой. Климат палеозоя – теплый, средняя температура в каменноугольном периоде составляла +26°С. В начале эры климат был сухой, затем – умеренно влажный. Палеозой отмечен двумя оледенениями с глобальным похолоданием в каменноугольном и в пермском периодах.
Главным завоеванием живых организмов в палеозое был выход на сушу в силурийском периоде. Произошло появление первых позвоночных – рыб в ордовикском периоде и первых наземных растений в девонском периоде. Каменноугольный период характеризуется бурным расцветом растительности на суше, которую составляли гигантские хвощи, плауны, папоротники. В этом периоде образовались практически все современные залежи угля, нефти и газа.
В каменноугольном периоде появились первые рептилии и насекомые. В пермском периоде наступил кризис, произошло самое массовое в истории биосферы вымирание водной и наземной флоры и фауны. На суше образовались обширные пустынные участки. Но биосфера смогла пережить эту катастрофу, сохраниться и восстановиться в прежнем масштабе, чтобы двинуться дальше по ступеням эволюции.
Земля в мезозойской эре
В мезозое происходил дальнейший раскол Пангеи и раздвижение её тектонических плит. К концу мезозойской эры она полностью разъединилась на составные части.
Объем гидросферы достиг современного уровня. К концу мезозоя площадь свободных вод составила 81% всей поверхности Земли.
В мезозое установилась современная циркуляция атмосферы. Климат был тёплым, средняя температура доходила до +24,5°С в юрском периоде. В меловом периоде наблюдалось глобальное похолодание.
В океане наблюдалось господство беспозвоночных, расцвет моллюсков. На суше наступило господство рептилий и амфибий. На мезозойскую эру приходится расцвет динозавров. Из растительности преобладали хвойные деревья и папоротники. Появились первые цветковые растения. Произошло появление первых бабочек, древних птиц и примитивных млекопитающих в юрском периоде. В меловом периоде произошла катастрофа – массовое вымирание динозавров.
Земля в кайнозойской эре
В кайнозое сформировалась литосфера с современными материками. Произошло охлаждение вод Мирового океана. Уровень океана понизился. Климат кайнозоя – преимущественно холодный. Только в палеогеновом периоде был теплый климат со средней температурой +22°С, который сменился похолоданием.
В каждом периоде наблюдалось оледенение. Оледенение неогенового периода привело к массовому вымиранию примитивных млекопитающих. На Земле образовались степи и пустыни. В растительном царстве наступило господство цветковых растений. В фауне безраздельно господствовали млекопитающие, в неогеновом периоде наступил расцвет мамонтов и копытных. В антропогеновом периоде завершилось формирование современной флоры и фауны и произошло генетическое выделение предков современного человека, то есть человечество начало формироваться как биологический вид.
1.2. Экосистемы – «квартиры» биосферы
И мы вглядываемся в звёзды,
Точно видим их первый раз,
Точно мир лишь сегодня создан
И никем не открыт до нас.
И таким он кажется новым
И прекрасным не по летам,
Что опять, как в детстве, готовы
Мы дарить имена цветам.
(Вадим Шефнер «Детство», 1938 г.)
Структурной единицей биосферы является экологическая система. Экосистема – это сообщество представителей живых организмов разных видов растений, животных и микробов, населяющих определенное место обитания и объединенных взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. Потоки энергии формируют структуру питания участников экосистемы, обеспечивают видовое разнообразие и круговорот вещества. Экосистемы охватывают всю сушу, Мировой океан и почву. Они бывают самыми разными – водными и наземными, фототрофными – использующими энергию Солнца и хемотрофными – использующими энергию химических соединений и источников теплоты. Экосистемы могут иметь большую протяжённость, занимая целые географические зоны на континентах – биомы, а могут быть локальными – лес, пруд, поляна, холм, оазис).
Энергия жизни в экосистемах
Лучи того, кто движет мирозданье,
Всё проницают славой и струят
Где – большее, где – меньшее сиянье.
Я в тверди был, где свет их восприят.
(Данте Алигьери «Божественная комедия», 1321 г.)
Экосистемы на поверхности суши и приповерхностного слоя Мирового океана в подавляющем большинстве являются фототрофными. В. И. Вернадский так описывал значение Солнечной энергии для жизнедеятельности организмов в биосфере – глобальной экосистеме Земли: «Лик Земли становится видным, благодаря проникающим в него световым излучениям небесных светил, главным образом Солнца. Космические излучения вечно и непрерывно льют на лик Земли мощный поток сил, придающий совершенно особый, новый характер частям планеты, граничащим с космическим пространством. Благодаря космическим излучениям биосфера получает во всём своём строении новые, необычные и неизвестные для земного вещества свойства.
Дети Солнца. Поклонение Атону. Древнеегипетский рисунок
Вещество биосферы благодаря им проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает её в конце концов в энергию в земной среде свободную, способную производить работу. Благодаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли. Древние интуиции великих религиозных созданий человечества о тварях Земли, в частности о людях как детях Солнца, гораздо ближе к истине. Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма, в котором, как мы знаем, нет случайности»7.
Экосистема – образец общественного устройства
Мёбиус Карл Август
(7 февраля 1825 г. – 26 апреля 1908 г.)
Немецкий зоолог
Главной целью существования биосферы на всех этапах её эволюции было поддержание условий, необходимых для жизни на планете, сохранение жизни как таковой. Параметры среды на планете хотя и менялись, но никогда не становились столь катастрофическими, чтобы погибла вся биосфера. «Память» биосферы, «груз эволюции» в виде генетической наследственности живых организмов, позволила не терять и приумножать удачные эволюционные находки, являющиеся, по сути, технологиями выживания, и потому процесс эволюции биосферы вёл к появлению все более и более сложных форм организации живого.
Можно сказать, что эволюция биосферы – это создание и накопление способов её выживания. Наиболее важным шагом явилось «изобретение» экосистем. Эта «инновация» позволила создать механизм непрерывного синтеза и справедливого распределения пищевых ресурсов среди всех «жителей» Земли. Впервые этот механизм заметил немецкий биолог Карл Мёбиус в XIX веке.
Состав экосистемы. «Всё связано со всем»
Изучая комплексы сплошных многослойных поселений устриц в Балтийском море, которые образуют на песчаных отмелях так называемые устричные банки, Мёбиус обнаружил устойчивый комплекс живых организмов, постоянно присутствующих вместе в различных местах одного и того же водного бассейна при наличии одинаковых условий среды обитания. В книге «Устрицы и устричное хозяйство», опубликованной в 1877 г., Мёбиус поместил главу «Устричная банка как биологическое сообщество или биоценоз», в которой так описал своё открытие: «Каждая устойчивая устричная банка некоторым образом есть община живых существ, которые именно на этом месте находят все условия, необходимые для их развития и существования»8. Мёбиус предложил назвать такую «общину» биоценозом, термином, производным от греческих слов «биос» – жизнь и «ценозис» – сообщество. Понятие биоценоза, образуемого взаимодействием различных растительных и животных видов является ключевым для изучения экосистем. Потому работа Карла Мёбиуса заложила основы экологии как науки, выделившейся из общей биологии на рубеже XIX и ХХ веков.
Замкнутый круговорот вещества в экосистеме
Биологической основой каждой фототрофной экосистемы является наличие трех блоков, состоящих из групп живых организмов, выполняющих различные функции – производителей ресурсов (продуцентов), потребителей ресурсов (консументов) и утилизаторов отходов (редуцентов). Главной функциональной особенностью экосистем является замкнутый круговорот вещества, включающий в себя как «живую», биотическую составляющую, так и «мёртвое», абиотическое вещество природных сред, охватываемых экосистемой. Круговорот происходит под действием потребляемой внешней энергии и регулируется деятельностью живых организмов, включённых в структуру экосистемы. В результате круговорота вещества пищевые ресурсы, необходимые для существования каждого из биологических видов, входящих в биоценоз экосистемы, становятся возобновляемыми, а отходы жизнедеятельности почти полностью утилизируются путём превращения в новые ресурсы. И так происходит бесконечное число раз, поэтому можно сказать, что в биосфере осуществляется непрерывный замкнутый «обмен веществ».
Первичные экосистемы сформировались в кембрийском периоде палеозоя в виде колоний цианобактерий. Через эти колонии проходил поток воды, поэтому круговорот веществ в них был замкнут, по-видимому, не более чем на 20%. Дальнейшая эволюция экосистем шла в направлении уменьшения потерь вещества, вовлечённого в биотический круговорот. Это происходило по причине все более эффективной утилизации отходов жизнедеятельности благодаря увеличению разнообразия биологических видов, составляющих биоценозы экосистем. Степень замкнутости круговорота веществ в экосистемах непрерывно возрастала в ходе эволюции биосферы, и к антропогеновому периоду кайнозоя достигла, видимо, предельного значения в 99%. Строго говоря, оставшийся процент вещества всё же составляют «отходы» экосистем, но биосфера их эффективно утилизирует с помощью процессов гумификации и биокристаллизации. Гумификация консервирует свободные, но не усвоенные биоценозом соединения временно, до востребования их из почвы растительным сообществом, а биокристаллизация – необратимо захоранивает токсичные и потенциально опасные вещества в земной коре9.
Появление в биосфере новых видов со своими функциональными «обязанностями» продуцента, консумента или редуцента увеличивает степень замкнутости круговорота вещества. Включение нового участника в экосистему возможно только при наличии или возникновении в ней «свободных» т.е. выпадающих из круговорота ресурсов. Но имеется множество факторов, которые препятствуют включению новых видов в биоценозы и тогда происходит их естественное вымирание.
Насколько более сплочённым, чем человеческое общество, является биологическое сообщество, показывает В. Г. Горшков, отмечая, что «В современной окружающей среде может существовать множество различных видов живых организмов, включая разнообразные культурные сорта растений и породы животных. Однако произвольный набор жизнеспособных организмов не может обеспечить устойчивость окружающей среды. Только строго определенный набор видов организмов, образующих жестко скоррелированные сообщества, способен поддерживать состояние среды на приемлемом для жизни уровне. Каждый вид сообщества выполняет строго определенную работу по стабилизации окружающей среды. В сообществе нет видов-бездельников, не выполняющих никакой работы, и тем более видов-разбойников, разрушающих скоррелированность сообщества»10.
Согласитесь, что в этом тексте описано гораздо больше высоких общественных отношений, свободных от негативных социальных проблем и направленных не только на служение обществу, но и на благо всех живых существ на планете, чем во всём придуманном людьми «научном коммунизме». А между тем, Природа создала не один единственный образец справедливого общественного устройства, а несколько больших экосистем, коренным образом отличающихся по составу участников и климатическим условиям, но построенных и функционирующих по одним и тем же принципам. Это мировые биомы – экологические системы, занимающие громадные пространства на суше и охватывающие целые географические зоны на разных континентах Земли.
Биомы – «страны», основанные биосферой
Биомы на суше
К моменту появления человека биосфера охватила собой весь мировой океан и всю сушу Земли, разместив в различных климатических зонах протяжённые экосистемы – биомы. Биом – это суперэкосистема, охватывающая собой большую природную зону, в которой «бок о бок» сосуществует множество сходных по составу биоценозов экосистем. Таких гигантских систем на Земле существует всего 9 типов. Передвигаясь от высоких широт к экватору, можно увидеть на разных континентах последовательно сменяющие друг друга однотипные биомы: тундру, бореальные леса – тайгу, широколиственные леса – дубравы, луга – степи и прерии, тропическое редколесье – саванну, экваториальные леса – джунгли и сельву. Так же, в отдельных районах могут встретиться средиземноморское редколесье – чапараль, экосистемы высокогорья – альпийские луга и оазисы пустынь. «Привязка» биомов к климатическим зонам настолько чёткая, что экологи всего по трём параметрам местности: географической широте, годовому количеству осадков и высоте над уровнем моря могут абсолютно точно указать, какой именно биом располагается на этой территории.
Джунгли Африки
Видовой состав мировых биомов суши чрезвычайно разнообразен. Водные экосистемы, даже наиболее богатые биоразнообразием экосистемы Мирового океана – коралловые рифы, не обладают и малой долей такого количества растительных и животных сообществ. Наибольшим числом биологических видов, входящих в биоценоз, на суше обладают влажные экваториальные леса. Так, в сельве Южной Америке живут вместе более 150 000 видов растений, животных и насекомых. Биомы на разных континентах удивительно внешне схожи друг с другом. Тундра и тайга Канады очень похожи на Крайний Север и Сибирь России. Прерия Великих Равнин США отличается от Российских степей разве что только цветовой гаммой. Конечно, состав и структура биомов различных регионов различаются, но определить эти различия способен только исследователь, досконально изучивший состав биоценозов в различных местностях. Так, весьма примечателен пример, описанный Жюль Верном в романе «Пятнадцатилетний капитан» – случай придуманный автором, но вполне реалистичный, когда герои книги долгое время шли по джунглям Африки, полагая, что находятся в Южноамериканской сельве. Первым вопрос о несоответствии биомов поставил именно учёный, заметив отсутствие некоторых растительных видов – каучуконосов.
Сходство друг с другом биомов одного типа вполне объяснимо тем, что эти региональные экосистемы биосферы выполняют вполне определённые сходные задачи. Главной целью существования биомов является максимизация продуктивности первичной фотосинтетической биомассы. Эту функцию выполняют зелёные растения-продуценты, единственная группа биологических видов в экосистемах, способная преобразовывать Солнечный свет и простые минеральные вещества – углекислый газ, воду, нитраты и фосфаты калия и кальция в сложные органические вещества – белки, жиры, углеводы, витамины.
Сельва Южной Америки
Биомы одного типа на разных континентах
Только фотосинтетические растения способны создавать энергетически насыщенную связь «углерод-углерод», от которой зависит существование всех остальных форм жизни на Земле. Таким образом, растения – первичные продуценты создают единственный, общий для всех остальных биологических видов пищевой ресурс. Всё что мы едим, будь то растительная или животная пища – получено от растений, а ими – от Солнца. За сотни миллионов лет эволюции биомы биосферы вышли на абсолютный максимум первичной фотосинтетической продуктивности. Это подтверждается «застывшей» формой биоценозов биомов – при отсутствии внешних губительных катаклизмов, видовой состав региональных экосистем может сохраняться в неизменном составе бесконечно долго – друг друга сменяют только поколения организмов одного и того же биологического вида.
И вот, в такой совершенной, прекрасно отлаженной и безупречно работающей системе региональных биомов биосферы появился очередной организм – человек.
1.3. Человек в биосфере
Как трудно было им, единственным,
На человеческом рассвете,
На неуютной и таинственной,
На необстроенной планете.
На них презрительными мордами,
Как на случайное уродство,
Посматривали звери, гордые
Своим косматым первородством.
(Вадим Шефнер, «До Прометея», 1965 г.)
Итак, к моменту появления первых предков человека около 2-х миллионов лет тому назад, Природа в ходе почти 4 млрд. лет эволюции уже создала мощную биосферу, питающуюся от Солнечной энергии и полностью изменившую химический состав и физические процессы на Земле. Биосфера охватила всё доступное пространство планеты, развернула в полную силу биомы на суше и водные экосистемы в Мировом океане и отладила в них замкнутые круговороты веществ, обеспечивающие непрерывное воспроизводство пищевых ресурсов для каждого живого существа. Была достигнута настолько высокая замкнутость природных круговоротов, что в биосфере практически перестали присутствовать «отходы» – ненужное вещество почти полностью перерабатывалось организмами-редуцентами экосистем в химические соединения, пригодные для питания растений. Так был замкнут бесконечный поток трансформации вещества биосферой. Каково же было место человека в этом круговороте жизни?
Что есть человек?
Человек входит в группу организмов-консументов биосферы, то есть – призван потреблять биомассу, чтобы получать энергию для своей жизнедеятельности за счёт окисления органических веществ в процессе дыхания. Ещё более конкретно, человек является консументом-гетеротрофом, так как способен потреблять одновременно пищу как растительного, так и животного происхождения. Большинство крупных наземных консументов, таких как медведи, тигры, волки находятся на самом верху пищевой пирамиды. Следовательно, для их пропитания требуются обширные территории, занятые растительными сообществами экосистем, достаточные для того, чтобы обеспечить травоядных консументов – слонов, антилоп, кроликов таким количеством пищи, чтобы они, в свою очередь, смогли послужить пищей для достаточного количества хищных биологических видов. Поэтому крупные животные обычно встречаются на ограниченной территории разных биомов, будучи «вписаны» в биоценозы конкретных экосистем. С человеком получилось не так. Он был не особо нужен биосфере.
Борьба за экологическую нишу. Зденек Буриан «Саблезубый тигр», 1952 г.
Люди, с самого начала своего появления в биосфере не были жестко «прикреплены» к одному из биологических сообществ конкретного биома. Так произошло, потому что человек представляет собой второстепенный, так называемый «ремонтный» вид. Значение таких видов невелико при «штатном» режиме работы экосистем и проявляется только при наступлении каких-либо катаклизмов, сопровождающихся катастрофическим исчезновением, полным вымиранием одного или нескольких основных видов, на которых держится биоценоз. В этом случае образуется избыточный пищевой ресурс, в экосистеме возникает свободная ячейка жизнеобеспечения – экологическая ниша. Опустевшую экологическую нишу и может занять ремонтный вид, чтобы поддержать слаженную работу биоценоза и предотвратить полное разрушение экосистемы. Среди растительного сообщества, ремонтным видом является, например, ель. После обширных пожаров, тайга зарастает в первую очередь ельником, который только спустя много десятилетий сменяется основными участниками биома – соснами и кедрами. А ёлкам-семенам при этом приходится искать себе новое пожарище. Так же и первые люди были вынуждены скитаться по всей планете, чтобы найти себе пригодное для жизни место, освободившееся в результате того или иного «несчастного случая», приключившегося с коренными обитателями биоценозов.
В силу принципа сменяемости видов в процессе развития биоценоза, люди не могли очень долго оставаться на одном месте. Они не имели ни острых когтей, ни толстой шкуры, ни острого слуха, ни быстрых ног, необходимых для того, чтобы конкурировать или хотя бы спасаться от истинных «царей горы» пищевой пирамиды экосистемы – хищных млекопитающих. С самого начала своего существования человек никогда не был никаким «венцом творения» и «царём Природы». Зародившись сперва где-то в Северной Африке, скитался потом по всей Земле этот малоценный ремонтный вид и пробавлялся только тем кормом, который мог найти под ногами и иногда мелкими животными и рыбой, когда те не успевали стать законной добычей настоящих властителей мировых биомов. Пищевых ресурсов для человека, таким образом, было мало. А бродящих по суше видов людей становилось всё больше.