3.1.2. Коллизии устойчивого неравновесия в биосфере
Жизнь представляет собой непрерывную борьбу с переходом в равновесное состояние.
Э.М. Галимов
500 млн. лет назад, когда жизнь преодолела почти 9/10 дистанции от бактерии до Сократа, гипотетический наблюдатель еще не мог бы определиться по «месту» возникновения разума: в море или на суше? 30 млн. лет назад он колебался бы между Старым и Новым светом, между лемурами и обезьянами. Даже 2 млн. лет назад наблюдатель, будь он самим Дарвином…, воздержался бы от оптимизма относительно перспектив уже возникшего рода Homo . Только отблеск первого костра осветил пройденную точку бифуркации. Homo все-таки пришел первым.
В.И. Жегалло, Ю.А. Смирнов
Фауст : Существованье гор, лугов, лесов
Обходится без глупых катастроф.
Мефистофель : Ты полагаешь? Но иного мненья,
Кто был свидетелем их появленья.
И.В. Гете
В 90-х годах астрофизики впервые получили возможность фиксировать объекты величиной с очень крупную планету около других звезд. К концу века число обнаруженных за пределами Солнечной системы планет приблизилось к двум десяткам [Ксанфомалити Л.В., 1999], весной 2002 называли число 89, а в 2003 оно перевалило за сотню.
С самого начала возник волнующий вопрос: нет ли на тех планетах чего-либо подобного жизни? В переводе на операциональный язык это вопрос о том, как можно обнаружить наличие (или убедиться в отсутствии) биоподобных процессов на расстоянии в десятки и сотни световых лет. С интересным предложением выступила группа итальянских биохимиков. Живое вещество должно поддерживать атмосферу планеты в состоянии далеком от равновесия, и неравновесность как основной признак достаточно развитой жизни могла бы быть зарегистрирована при высокой разрешающей способности спектрального анализа [Benci V., Galleni L., Santini F., 1997].
Этот пример показывает, что к концу ХХ века представление о неравновесии как фундаментальной особенности живого заняло прочные позиции в естествознании. В предисловии к сборнику трудов, посвященных 50-летию знаменитых лекций Э. Шредингера [1972], его редакторы писали: «Все живые организмы сталкиваются с проблемой сохранения крайне маловероятной (highly improbable ) структурной организации в противодействии второму началу термодинамики. Шредингер указал на то, что они удерживают внутренний порядок за счет создания беспорядка в среде» [Murphy M.P., O’Neill L.J., 1997, p.2].
Добавим, что за несколько лет до шредингеровских лекций (1943 год) была опубликована книга советского биофизика Э.С. Бауэра [1935], в которой отчетливо поставлен вопрос об устойчивом неравновесии живого организма с окружающей средой и введен сам этот термин. Еще ранее догадки на этот счет выдвигались А.А. Богдановым, Р. Дефаем, Л. Бриллюэном и другими учеными (см. [Фомичев А.Н., 1985], [Назаретян А.П., 1991]).
Сегодня уже считается общепризнанным, что жизнь – это механизм, который «контролирует устойчивость особого неравновесного состояния земной атмосферы» [Горшков В.Г., 1995, с.293].
Как отмечалось в разделе 2.8, акцент на антиэнтропийном характере жизнедеятельности и на ее непременной цене (сохранение неравновесного состояния оплачивается ускоренным ростом энтропии других систем) приближает к пониманию того, почему жизни исконно сопутствуют эндо-экзогенные кризисы различного масштаба и почему ответом на них может стать совершенствование антиэнтропийных механизмов. Поскольку же здесь нас интересует степень экзотичности социальной истории по отношению к предыдущему развитию природы, обратим внимание на ряд обстоятельств.
Первое состоит в том, что, поднимаясь мысленно по лестнице геологических эпох, мы обнаруживаем все более разнообразные, сложные и далекие от равновесия со средой формы жизни. При этом за миллиарды лет, отделяющие нас от появления фотосинтезирующих организмов, основной входящий ресурс – лучистая энергия Солнца, – если и изменялся, то не векторно, т.е. последовательно не возрастал. [1] Между тем энергетический выход, выражаемый влиянием живого вещества на все оболочки планеты, возрастал последовательно и, по большому счету, неуклонно.
Этот эффект обеспечивался умножением экологических ниш и удлинением трофических и прочих цепей, в результате чего отходы жизнедеятельности одних организмов становились ресурсами жизнедеятельности других (почти буквальная аналогия с выводами Ф.А. Хайека по поводу демографического роста, цитированными в разделе 1.2!). Внутреннее усложнение вело «к более эффективному преобразованию энергии и вещества окружающей среды в биомассу» [Бердников В.А., 1991, с.62], и по мере того, как расход ресурсов на единицу биомассы снижался, вместимость биосферы росла.
Биологами установлен еще один примечательный факт. У всех бегающих наземных животных – от насекомых до млекопитающих – энергетическая эффективность двигательного аппарата примерно одинакова, т.е. они затрачивают равную энергию для перемещения единицы массы своего тела на единицу расстояния [Бердников В.А., 1991]. Преимущество же в эффективности целенаправленного движения дает умение дальше и точнее «просчитывать» будущие события – скажем, траекторию потенциальной жертвы, врага или партнера – и соответственно организовать свое поведение.
Здесь уже просматривается второе важное для нас обстоятельство: органичной составляющей «прогрессивного» развития жизни служила ее интеллектуализация . Так можно характеризовать изменяющиеся качества биосферы в целом, биоценозов, а также отдельных видов, последовательно занимавших верхние этажи биосферной организации.
Последнее анатомически выражалось формированием и развитием нервной системы, головного мозга, его коры, кортикализацией функций и т.д. Указывая на неуклонность тенденции, В.И. Вернадский [1987] ссылался на открытие американского палеонтолога Д. Дана: в процессе развития нервной системы «иногда наблюдаются геологически длительные остановки, но никогда не наблюдается понижение достигнутого уровня» (с.251). Это в дальнейшем подтвердил и специальный расчет. Если коэффициент цефализации современной фауны принять за 1, то в миоцене (25 млн. лет назад) он составлял 0,5, а в начале кайнозойской эры (67 млн. лет назад) – 0,25.
Функционально интеллектуализация проявлялась как возрастанием адаптивной гибкости биоценозов, так и образованием все более динамичных и дифференцированных форм отражения (моделирования). Иерархия уровней и этапов становления этих форм раскрывается наблюдениями и лабораторными экспериментами [Назаретян А.П., 1987, 1991]. Исследование филогенеза и онтогенеза отражательных процессов позволяет проследить последовательное нарастание субъективных факторов активности и оценить их самостоятельную роль в эволюции.
Если в простейших физических процессах преобладает синхронное моделирование – модель мира, которую несет в себе каждый из взаимодействующих элементов, трансформируется одновременно с взаимодействием, – то в системах высшего химизма [Жданов Ю.А., 1968], [Руденко А.П., 1986] и особенно у живых организмов наблюдается феномен опережающего моделирования. Здесь уже память представляет собой не просто фиксацию следов воздействия: опыт прошлых взаимодействий обеспечивает предвосхищение дальнейших событий по начальным признакам [Анохин П.К., 1962]. Так, при первых признаках потепления химические процессы в живом дереве ориентируются на наступление весны, и это может обернуться неприятными последствиями, если преждевременное потепление окажется природной аномалией.
Большинство гетеротрофных организмов (животные), в отличие от автотрофов (типичных растений), приобретают способность к сигнальному моделированию – ориентировке на трофически нейтральные раздражители. Например, одноклеточные растения в аквариуме тянутся к освещенной части потому, что свет служит для них источником жизненной энергии. Одноклеточные же животные, гетеротрофы, поначалу безразличны к источнику света; но если корм регулярно подавать в освещенную часть аквариума, то выработается условный рефлекс – положительная реакция на свет, отсутствовавшая в их генетической программе [Лурия А.Р., 2004].