Инварианты эволюции. Стратегии выживания

http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001d/pic/2033/05pop1.gifВ XX веке численность людей увеличилось в 4 раза, потребление энергии в 10 раз, совокупный продукт в 17,6 раза, добыто 85% всех разведанных полезных ископаемых К настоящему времени 1/4 суши занята агроценозами и пастбищами и 3/4 территории оказывается в зоне прямого хозяйственного воздействия. Мировой улов рыбы достиг теоретического предела.

Происходит изменение глобального климата, в результате могут усилиться стихийные бедствия, возрасти материальные потери, вымереть значительное число видов. Человечество приближается к пределу потребления природных ресурсов [1,2]. Более того, выводы учёных не принимаются во внимание экономическими теориями. Рыночно-потребительская экономическая модель стремительно ведет к гибели всего человечества [3].

Рыночная экономика привлекательна ускоренным ростом. Однако слишком хорошо – это тоже плохо. В настоящее время скорость развития общества на пять порядков превосходит скорость эволюции живого вещества. При таких пропорциях никакой равновесной коэволюции биосферы и общества быть не может [4]. У человечества есть следующие варианты. Сократить численность и потребности, потреблять биосферу в допустимых пределах и научиться производить ресурс из геосферы, производить искусственную пищу и потреблять энергию космоса. В настоящее время ни один вариант не работает.

Концепция устойчивого развития – это попытка политиков без серьезного научного обоснования решить современные экологические проблемы путем конформизма [4]. Цель концепции сохранить то, что осталось в геобиосфере, на будущие периоды цивилизации. И это при росте населения и росте потребностей?

Существование тогда будет устойчивым, если согласовано с законами природы. Стабилизировать состояние биосферы невозможно. Природные (и социальные) процессы цикличны, динамичны, неоднородны даже без вмешательства человека. Непрерывно протекающие дестабилизирующие геологические процессы делают картину эволюции биосферы весьма сложной и разнообразной.

Глобальные потепления сменяются периодами глобального похолодания, пульсирует озоновый слой планеты, появляются и исчезают биологические виды, каждый из которых пытается изменить окружающую среду в соответствии со своими предпочтениями, Такова картина жизни на протяжении последних 600 млн. лет [6].

Стремление насадить устойчивость, по сути, подавить естественное развитие, абсурдно. Человечество должно научиться маневрировать в бурном океане природы, а ещё лучше не создавать, а предвидеть надвигающиеся катаклизмы. Маневр – это не только удачное изменение себя, но и эффективное воздействие на окружение. Жизнь как канатоходец находится в постоянном падении и умело маневрирует около положения равновесия. Устойчивое развитие – это постоянное балансирование в неустойчивом состоянии.

Устойчивость биосферы определяется: исключительным разнообразием живого вещества (не снижать разнообразие) взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем (не разрушать экосистемы), дублированием звеньев биогеохимических циклов; жизненной активностью живого вещества, наличием ресурсов (не истощать ресурсы). Ресурсы могут быть материальными, энергетическими, информационными, чаще всего, их многочисленные комбинации.

Минеральных ресурсов на земле много, но глубины земной коры практически недоступны, а ресурсы в коре уже истощаются. Биогеосфера создала концентрированные залежи органических веществ (нефть, газ, уголь) и неорганических (железо, известняк, руды). Залежи биологических ресурсов могут быть исчерпаны человеком. Химических элементов на Земле меньше не становится, но, добывая концентраты, человек рассеивает их по большим площадям, делая повторную их добычу не рентабельной.

Добывая воспроизводимые ресурсы, можно не нарушать регенеративные процессы биосферы. Для этого надо добывать около 10% ресурса, чтобы оставить для биосферы возможность воспроизводства [7]. Опыт природы, доказавшей способность самосохранения на протяжении 3 – 4 миллиардов лет, является у человека единственным примером для подражания.

Несмотря на динамичность природы можно усмотреть некоторые приёмы, которые являются инвариантами на протяжении 4 млрд. лет. Их можно заметить и у простейших, и у людей. А это значит, их можно положить в основу стратегического планирования коэволюции человечества и природы. Рассмотрим эти инварианты [5,7,8].

1. Необратимость эволюции (восстановить биосферу прошлых эпох невозможно).

2. Давление жизни. Всякий доминирующий вид существенным образом изменяет облик своего местообитания. (человек это делает слишком активно).

3. Ограниченность ресурсов среды (неограниченное потребление самоубийственно).

4. Ускорение эволюции. Об этом свидетельствует сжатие исторических (геологических) периодов развития жизни на Земле (если протерозой охватывает период 600–800 млн лет, то кайнозой – уже 56–66 млн лет, человечество менее 7 млн. лет). (чтобы одуматься, человеку остаётся мало времени).

5. Скачкообразность эволюции. В благоприятных условиях происходят незначительные изменения видов. Следствием катастроф являются эволюционные взрывы [Вернадский 1967], появление новых организмов. (человек может исчезнуть в катастрофе, но после него должны появится новые носы, т.к. цефализация инвариантна)

6. Рост биоразнообразия, усложнение биосферы, глобальные вымирания – неизбежные составляющие эволюции, Наблюдается 5 –7 великих вымираний, во время которых на Земле биологическое разнообразие быстро и резко снижалось. В промежутках между ними оно восстанавливалось и перед очередным вымиранием превосходило свой прежний уровень. В результате вымираний на смену примитивным видам приходили более совершенные [Колчинский 1990; Федонкин 1991]. Время, необходимое для восстановления популяции, будет зависеть от скорости размножения особей, так как изменение признаков происходит только путем отбора в каждом поколении.

7. Правило нефункционального разнообразия. В условиях кризиса вероятность сохранения сложной системы пропорциональна накопленному в ней разнообразию, причем решающее значение приобретают второстепенные элементы [5]. Например, на смену господствующим динозаврам пришли ранее малозаметные млекопитающие. А в раннепротерозойской эре накопление кислорода в атмосфере Земли привело к массовой гибели цианобактерий (сине-зеленых водорослей), и решающую роль для сохранения жизни приобрели ранее редкие аэробные организмы. (накопление отходов губит организмы их производящие. Отходы человечества могут похоронить людей.)

8. Цефализация. Д.-Д. Дана (1813–1895). С ходом геологического времени у некоторой части обитателей Земли проявляется все более совершенный мозг. Этот процесс обеспечил появление сознания. (на смену современным людям придут другие носы, способные жить в условиях бедной биосферы). Цефализация – постоянное увеличение управленческих ресурсов, ресурсов выживания.

9 Главной целью живого являются самосохранение, выживание, консервативность. Цефализация есть совершенный инструмент выживания. Умение выживать является важнейшим нематериальным, информационным ресурсом (современная экономика нацелена на максимизацию прибыли, а не на выживание).

10. Всеобщий закон консервативности известен в механике как закон инерции Ньютона, в химии как принцип Ле-Шателье, в физике – как закон Ленца, в обществе – как традиции. Гомеостазис также есть проявление консерватизма, стабилизации, самосохранения. Изменчивость является чрезвычайной мерой при невозможности сохранить прежний образ жизни (человечество должно ограничивать рост популяции, рост потребления, гедогизм)

11. Эволюция осуществляются как комбинация интеграции и дезинтеграции уже существующих живых структур. Комбинаторика является универсальным механизмом появления новых живых существ. (техносфера развивается путём комбинаторики) [8].

12. Инвариантом существования биосферы является наличие и добыча ресурсов.При дефиците энергии и ресурсов выживают виды, способные эффективно концентрировать и запасать ресурсы. Новые виды появляются при достижении эксклюзивной концентрации вещества и энергии в нужном месте и в нужное время.Недостаток ресурса – плохо, но и избыток также плохо. Например, при недостатке кислорода трудно дышать, но при избытке можно умереть. (осваивать новые, нетипичные ресурсы способом щадящим биосферу).

13. Разнообразие и вариативность пищи (ресурса) [5]. Чем разнообразнее жизнь, тем больше запас и разнообразнее пищи. Надо сохранять существующие традиционные биоресурсы и осваивать нетрадиционные (насекомые, водоросли, бактериальные клетки и пр.). Биомасса бактерий на Земле превышает массу сложных существ и скорость их размножения огромная. Уничтожить их практически невозможно. Концентрат бактерий может выглядеть, как желе.

Ресурсами для биоты являются солнечная энергии, земное тепло, минералы, атмосфера, территории, акватории, органические соединения, биомасса, генетическое разнообразие и количество видов, адаптивность и способность к размножению, альтернативность путей развития. К ресурсам выживания можно отнести взаимопомощь и кооперацию.

Солнечная энергия, земно тепло, атмосфера – практически неисчерпаемые ресурсы. Территории, биота – ограниченные ресурсы. Императивная зависимость от ресурсов сделала эволюцию биосферы направленной. Каждый класс новообразований живого вещества потребляет энергии меньше, чем предшествующий (за исключением людей). Другой направленностью является цефализация (разум), которая и людей приведёт к необходимости ограничивать потребление [8].

Рассмотрим более древние периоды (3.8 – 3.5 млрд. лет) зарождения жизни с позиций ресурсообеспечения. Первые протоклетки потребляли липиды, соли, РНК, белки, углеводы [6]. Вначале энергия потреблялась из химических реакций. Первый этап повышения энергообеспеченности клетки на уровне архей (бескислородный фотосинтез) зафиксирован примерно 3,2 млрд. лет назад.

Среда обеспечивала питанием (липиды, РНК, соли, потом белки и углеводы) протоклетки. Чем больше клетки выделяли свои отходы в окружающую среду, тем потом больше они находили новые необходимые им вещества. Причем, не те, которые они сбрасывали, а другие, пригодные для использования. Все клетки всегда развивались в сообществах. Такую форму отработали ещё археи и не мешает перенять людям.

Затем инициативу перехватили более сложные клетки (цианобактерии), выделяющие кислород. Они изменили состав атмосферы примерно 2,4 млрд. лет назад. Для клеточных процессов требовались дополнительные источники энергии. Поэтому цианобактерии, а потом и прокариоты применили кислородный фотосинтез. Расширенное воспроизводство цианобактерий (прокариотов) привело к тому, что этот вид клеток распространился на всю площадь Земли.

Атмосфера Земли стала постепенно наполняться кислородом (кислородная катастрофа). Захватив всю Землю, прокариоты впервые столкнулись с проблемой недостатка веществ, необходимых для существования. Места на Земле и необходимой базы для существования для всех стало не хватать. Война за ресурсы началась [6].

Прокариоты изменили окружающую среду так, что их собственное существование стало невозможным, но их место заняли эукариоты (клетки с ядром ДНК), которые научились использовать кислород для получения энергии, а отмершие прокариоты для питания. Катаклизмы на нашей планете в то время следовали один за другим. Это требовало быстрой реакции на их последствия. Похолодания следовали за потеплениями, это требовало резкого повышения энерговооруженности новых клеточных образований. Нашелся белок АТФ, принимающий и удерживающий энергию. Нашлись белки, заставляющие его отдавать эту энергию в нужный момент.

Протоклетки тренировали свою адаптивность, т.к. быстро перемещались в потоках жидкости, состав которой менялся очень быстро. Требовалась мощная энергетика для адаптивных реакций. Механизм получения энергии из внешних источников всё время усложнялся. Археи потребляли тепло и свет, прокариоты изобрели фотосинтез, эукариоты научились химически преобразовывать пищу. Энергетические ресурсы всё время расширялись. Есть основание считать, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме круговоротов.

Человечество, используя не только энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, ядерной), ускоряет геохимические преобразования на планете, вмешивается в ход биосферных процессов. Воздействие людей на биоту и среду практически полностью опосредованно производством. Человеческая цивилизация развивается экстенсивно.

Постоянно растёт численность человеческой популяции, в разных странах с разной интенсивностью растёт потребление природных ресурсов. Биосфера истощается, репродуктивность биомассы замедляется, давление человечества на природу растёт. Очевидно, что при таком взаимодействии природы и общества, неизбежно произойдёт истощение адаптивных возможностей биоты.

Тем не менее, мы считаем, что цивилизация должна развиваться, но не за счет использования биосферы как единственного ресурса развития [4].

Кроме биосферы, которая кормит саму себя и людей, ресурсом для техносферы является вся неорганическая часть планеты. Человечество эксплуатирует ресурсы земной коры на разных глубинах. Минералы черпаются с поверхности, а энергоресурсы (нефть, газ, уголь) извлекаются с глубин в несколько километров. Это ничтожная доля от размеров Земли. Минералы также можно добывать с больших глубин, но это очень дорого. Цена вопроса колеблется между обеспечением существования цивилизации и затратами.

Ресурсы живого вещества для питания людей добываются из растительности (в том числе сельскохозяйственной), животных (в том числе домашний скот), морских продуктов. Сельское хозяйство производит продукцию более интенсивно, чем «дикая» природа, но на тех же почвах. Все попытки людей обеспечить себя пищевыми ресурсами неизбежно ущемляют «интересы» биоты.

Разработка минеральных ресурсов уменьшает ареал обитания живого вещества. Рыбные ресурсы почти исчерпаны. Делаются попытки создавать пищу из микроводорослей и планктона, но их нельзя изымать из океана, т.к. они создают кислород и условия жизни водных обитателей. Их следует выращивать и перерабатывать на специальных фабриках.

Огромная биомасса сосредоточена в самых древних и самых стойких обитателях планеты, в микроорганизмах. Если освоить эту продукцию при их невероятной скорости размножения (в геометрической прогрессии), то можно обеспечить человечество без ущерба для биоты. Бактериальные культуры можно выращивать на фабриках, снабжая питанием из газов и неорганических веществ. Целесообразно создать микробиологические технологии по переработке отходов общества, в том числе и пластмасс. Нагрузку на природу человечество может понизить самоограничением как своей численности, так и потребления.

Наши рассуждения справедливы для линейного развития, когда можно предвидеть будущее и заранее готовиться к его осуществлению. Однако развития едёт зигзагами. Неожиданные катастрофы (земные и космические) могут разрушить все стратегические планы. Чтобы преодолеть катастрофы надо активно действовать, а для этого должны быть запасы ресурсов. Причём запасы должны иметься в большом избытке.

Итак, запас ресурсов любых видов является главным инвариантом эволюции жизни. Запасы делаются на всех уровнях жизни. В почве запасаются вещества необходимые для растений. Запасы жира в тканях, гликогена в печени делаются для преодоления экстремальных условий. Следует акцентировать внимание не просто на запасах, а на избыточных запасах.

Охотник, идущий в тайгу на неделю берёт месячный запас продуктов. Человек может голодать 20-30 дней, существуя за счёт избыточных запасов в организме. В армейской тактике перед наступлением, накапливается резерв живой силы, продуктов, боеприпасов. Банки имеют валютные запасы на случай повышенных запросов вкладчиков. Имеют сеть партнёров, у которых можно занять денег в случае нужды. Для непрерывной работы производства должен быть запас сырья.

Японская система канбан в производстве автомобилей работает с колёс, не имея складских запасов. Экономя на складских расходах, фирма подвергается рискам остановки производства в случае сбоя поставок точно в срок. Хранение запасов требует затрат, поэтому фирмы часто ради экономии сокращают запасы до минимума при этом жертвуют надёжностью, устойчивостью. Обеспечение устойчивость требует затрат.

Макроэкономические системы поглощают ресурсы биосферы, не задумываясь об её устойчивости. Получая временную выгоду, обрекают общество на самоуничтожение [3].

В теории принятия решений планируется стратегия достижения некоторой цели [9].Движение к цели подразумевает планирование траектории и заготовку действий на случай предвиденных и непредсказуемых препятствий. Стараются учесть все возможные препятствия на пути следования. Однако мы живём в сложной системе, которой присущи разные неопределённости, предвидеть которые невозможно. Если случается форс – мажор, то следует иметь запасные варианты достижения цели.

Дополнительные варианты требуют новых затрат, не учтенных в первом варианте. Если в смету расходов заложен 1.5 – 2 кратный избыток ресурсов, то обходная стратегия может быть осуществлена. Если средства заложены в «обрез», то цель не будет достигнута.

Можно поставить вопрос, сколько надо избыточных ресурсов? Если ресурсов слишком много, то надёжность предприятия гарантирована, но дорогой ценой. Если средств в «обрез», то в случае благоприятных обстоятельств цель будет достигнута минимальными затратами. Но в случае форс – мажора проект будет угроблен.

Целью человечества является не приобретение благ и удовлетворение неограниченных потребностей, а создание субстанции с разумом, превосходящим человеческий [8]. Для достижения этой цели, человечество должно выжить, сохранив биосферу. Для преодоления катастроф должен создаваться соответствующий ресурс в виде запасов пищи, энергии, необходимых материалов.

Исчерпаемые ресурсы (нефть, газ, уголь) должны сохраняться в виде резервов. Например, подземные хранилища нефти, угля, газа. Должен быть запас металлов в виде готовом для употребления. Должен создаваться запас пищевых продуктов сроком на несколько лет. Для коллективной защиты от глобальных катастроф должен создаваться общечеловеческий ресурс. Например, катастрофа в Азии может компенсироваться европейскими ресурсами и наоборот.

К сожалению, современное устройство мира с разобщёнными государствами не способно решать такие задачи. Человечество должно объединиться для решения задач выживания.

Капиталистическая парадигма рассчитана на возможность концентрирования капитала и ресурсов в одних руках и не заинтересована спасать других. Автор, пишущий эти строки, наполнен пессимизмом в отношении судьбы человечества. Путь в 3 млрд. лет эволюции к разуму, ноосфере может зайти в тупик.