Восстановление смыслов. Основы. Биосфера и Ноосфера. Часть 1а.

[mylnikovdm]

Восстановление смыслов.
Основы.

Часть 1а.
Биосфера и Ноосфера.
Владимир Иванович Вернадский - великий русский, советский учёный-энциклопедист, мыслитель и философ, по своей основной специальности был геологом. Он стал основоположником таких новых научных дисциплин, как геохимия, биогеохимия, радиогеология. Но в историю мировой науки Владимир Иванович Вернадский вошёл как один из выдающихся мыслителей 20-го века благодаря двум фундаментальным понятиям Биосферы и Ноосферы.



Родился Владимир Иванович Вернадский 12 марта 1863 года в Санкт-Петербурге, в семье известного экономиста, профессора Петербургского Александровского лицея Ивана Васильевича Вернадского.

После окончания гимназии в 1881 г. Владимир Вернадский стал студентом естественного отделения физико-математического факультета Петербургского университета. В те годы здесь преподавали такие выдающиеся ученые, как химик Дмитрий Иванович Менделеев, ботаник Андрей Николаевич Бекетов, геолог и почвовед Василий Васильевич Докучаев, физиолог Иван Михайлович Сеченов, химик, создатель теории химического строения органических веществ, Александр Михайлович Бутлеров.

В конце 1921 года ректор французского университета Сорбонны Поль Аппель пригласил Вернадского прочитать курс лекций по геохимии, которые принесли Владимиру Ивановичу широкую известность в международных научных кругах. По инициативе слушателей эти лекции были изданы в 1924 году отдельной книгой «Геохимия», которая затем неоднократно переиздавалась на разных языках.
А в 1926 году выходит монография Вернадского «Биосфера», в которой он впервые  рассматривает всех живых существ планеты как единую динамическую, устойчиво уравновешенную, самоподдерживающуюся и саморазвивающуюся систему - «Биосферу».

Собственно понятие «Ноосфера» было предложено профессором математики Сорбонны Эдуардом Леруа, и образовано из двух греческих слов, которые дословно переводятся как «сфера разума». При этом сам Леруа подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно с другом, геологом и палеонтологом Пьером Тейяром де Шарденом, после тех самых лекций по геохимии, которые читал в Сорбонне Владимир Иванович Вернадский.
Но Пьер Тейяр де Шарден был не только геологом и палеонтологом. Он также увлекался теологией и был католическим философом, поэтому в его работах была сильна религиозная и мистическая составляющая толкования понятия «Ноосфера».

Вернадский принял предложенный французскими учёными термин «Ноосфера», но, будучи советским учёным, стоящим на позициях материализма, он рассматривал понятие «Ноосфера» исключительно с научных позиций без всякой примеси мистики.

В данной работе мне хотелось бы рассмотреть обе точки зрения на понятие «Ноосфера», одновременно с этим убрав из него все более поздние измышления эзотериков и прочих шарлатанов, многие из которых даже не читали работ Вернадского, посвящённых данной теме. Но прежде чем мы перейдём к рассмотрению понятия «Ноосфера», мне хотелось бы вернутся немного назад и начать с той точки, откуда начал своё изучение этой темы сам Владимир Иванович Вернадский.

Напомню, что Владимир Иванович по своей научной специализации был геологом, то есть, он изучал строение нашей планеты в целом. Строение её внутренних и внешних слоёв или оболочек. Поскольку Земля имеет форму шара, то различные оболочки, её составляющие, стали называть сферами. Большинству знакомы такие понятия как «литосфера» - твёрдая внешняя оболочка планеты, «гидросфера» - водная оболочка, включающая в себя воды мирового океана, а также реки и озёра на материках, «атмосфера» - газовая оболочка, то есть тот воздух, которым дышат все живые существа, включая нас с вами.



Всё вещество планеты состоит из атомов и молекул различных химических элементов, которые тем или иным образом взаимодействуют между собой, в том числе могут вступать в различные химические реакции, при которых одни химические соединения разрушаются, а другие химические соединения возникают. Но если мы посмотрим на те вещества, которые находятся в уже перечисленных оболочках планеты, то есть в литосфере, гидросфере и атмосфере, то составляющие их химические соединения сравнительно просты и стабильны во времени. При этом химические реакции разложения существующих или образования новых химических соединений в данных оболочках практически не протекают, а если и протекают, то либо очень медленно, либо при каких-то дополнительных условиях, например, при наличии высоких температур или высоком давлении. В той же литосфере имеются огромные объёмы вещества, химический состав которых не меняется на протяжении очень длительного времени. На протяжении миллионов лет в скальных массивах может не произойти ни одной химической реакции синтеза нового химического соединения.

Ещё одной особенностью литосферы является то, что составляющее её вещество само по себе практически неподвижно и может перемещаться только под внешним механическим воздействием, таким как водная или ветровая эрозия, либо за счёт движения внутренних расплавленных слоёв планеты, которое перемещает литосферные плиты, что периодически приводит к их деформации и землетрясениям. Такое вещество планеты принято называть «косным».

Вернадский в своих работах впервые сформулировал и выделил как отдельную сущность так называемое «живое вещество», которое объединяет в себе всех живых существ планеты, начиная с самых мелких микроорганизмов и включая крупных животных, в том числе человека. Это живое вещество принципиально отличается от костного вещества планеты. И главное его отличие в очень высокой химической активности. Внутри любой живой клетки ежесекундно происходят сотни и тысячи различных химических реакций. Одни химические соединения распадаются, выделяя энергию, другие химические соединения за счёт данной энергии синтезируются, формируя необходимые клетке или многоклеточному организму биологические вещества.

При этом данные реакции протекают внутри живой клетки с огромной скоростью. Транскрипция, то есть создание молекулы РНК по фрагменту молекулы ДНК протекает в среднем со скоростью 50 пар нуклеотидов в секунду. То есть, каждую секунду к длиной полимерной органической молекуле РНК присоединяется 50 новых маленьких молекул нуклеотидов. А скорость копирования молекулы ДНК внутри безъядерных клеток одноклеточных организмов некоторых бактерий может протекать со скоростью до 1700 пар нуклеотидов в секунду!

В видео, прикреплённом ниже, показана компьютерная модель протекания реакций синтеза РНК внутри живой клетки, в том числе в масштабе реального времени (3 минута видео).

Click to view

Если мы посмотрим на структуру косного вещества планеты, которое составляет литосферу, гидросферу и атмосферу, то его структурный и химический состав сравнительно простой. Молекулы содержат в среднем не более десятка атомов, которые в литосфере в основном объединены в регулярные кристаллические структуры геометрически правильной формы. При этом, если мы возьмём кристаллы одного и того же минерала, то их геометрическая форма и внутренняя структура будет практически одинаковой и неизменной в течение длительного времени. Огромные массы застывших вулканических пород, формирующих основу литосферы, не меняют своего физического и химического, а значит и информационного состояния, на протяжении миллионов лет.

Другими словами, косное вещество структурно и информационно однообразно и статично.

Живое вещество устроено совершенно иначе. Оно находится в постоянном движении и изменении. Живая клетка не только не совпадает полностью с другой клеткой того же вида. Она будет отличаться сама от себя в разные моменты времени, поскольку в процессе поглощения питательных веществ и выделения продуктов их распада постоянно меняется количество и состав атомов и молекул, которые находятся внутри этой клетки. Живая клетка постоянно обменивается с окружающей средой веществом и энергией. В ней постоянно протекают сотни и тысячи различных химических реакций, которые не только меняют её химический состав, но также вызывают постоянное изменение её внешней формы и внутренней структуры.

Таким образом, если мы будем рассматривать живое вещество со структурной и информационной точки зрения, то по этим показателям оно превосходит косное вещество планеты на много порядков. Каждая живая клетка имеет очень сложную внутреннюю структуру, которая обеспечивает не только выполнение основных функций данной клетки в организме, но ещё и возможность самостоятельно воспроизводиться, создавая собственные копии. Если же рассматривать информационную емкость живой клетки, то она просто фантастическая! В геноме человека содержится порядка 3.2 млрд. пар нуклеотидов! При этом данный геном содержится в каждой клетке организма человека, общее число которых составляет около 100 млрд. клеток.


Но геном человека на самом деле не самый большой по своему размеру. Эти белые цветы называются «японский вороний глаз». Геном этого растения состоит из 150 млрд. пар нуклеотидов, то есть, почти в 50 раз больше, чем у человека. Конечно, в процессе жизнедеятельности клетки и у человека, и тем более у растения «японский вороний глаз» используется далеко не вся ДНК, а только небольшая её часть. Но с точки зрения общей информационной емкости и демонстрации возможности упаковки информации на молекулярном уровне в органических молекулах, реально используемое количество информации не столь важно. Ведь когда вы покупаете себе компьютер с жёстким диском емкостью в несколько терабайт, это ещё не означает, что вы собираетесь непременно полностью заполнить его информацией сразу же после покупки. И даже если вам удастся его заполнить, это не значит, что вы постоянно пользуетесь всем объёмом этой информацией.

Помимо запредельной внутренней сложности устройства и функционирования отдельной живой клетки на микроуровне, как сложной химической системы, живые клетки обладают способностью объединяться в крупные сложные организмы, функционирующие  на макроуровне как единая система. Данные организмы уже способны проявлять достаточно сложное поведение, взаимодействовать как между собой, так и с окружающей их внешней средой. Но и это ещё не всё. Как показал в своей работе «Биосфера» Владимир Вернадский, ни один живой организм не может существовать автономно сам по себе. Все живые организмы на планете также связаны в единую систему, внутри которой постоянно происходит обмен вещества и энергии. При этом тела живых организмов строятся из вещества планеты. Из тех же самых атомов, которые образуют литосферу, гидросферу и атмосферу, но соединены эти атомы совсем в другие, более сложные химические органические соединения. Происходит так называемая «биогенная миграция атомов химических элементов».

Владимир Иванович Вернадский сформулировал три биохимических принципа.
I принцип: "Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению".
Другими словами, в каждый момент времени живые организмы стремятся максимально размножиться, использовав для этого всё доступное им вещество и энергию. Живое вещество проявляет непрерывное стремление к экспансии, к максимальному проявлению жизни. Поколения живых существ создаются в промежутки от десятков минут до сотен лет. При этом количество живого вещества, которое находится в наличии в конкретный момент времени, составляет ничтожную долю созданного в течение года живого вещества, так как огромное количество живых клеток создаются и разрушаются даже в течение суток.

II принцип: "Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы" (или в другой формулировке: "При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию").
На практике это означает, что в ходе развития живых организмов общее количество вещества планеты, которое находится в форме органических соединений в «живом веществе», всё время возрастает. При этом преимущество в существовании и развитии оказывается у тех видов живых организмов, которые научились полнее использовать химическую энергию, запасённую в поглощаемых ими органических соединениях, а также делают это быстрее, чем другие. Например, появление пищеварительных ферментов позволило резко увеличить скорость реакций, которые при обычных условиях идут исключительно медленно, либо не идут совсем.
Увеличение скорости обмена веществ, в свою очередь, позволяет таким организмам получать большее количество энергии в единицу времени, за счёт чего они могут стать более сильными, а также обеспечить необходимой энергией более сложную и развитую нервную систему и головной мозг. Что, в конченом итоге, и даёт этим видам эволюционное преимущество над другими.

III принцип: "В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало".

Согласно первому биохимическому принципу, живые организмы стараются захватить в свой обмен веществ максимальное количество вещества планеты. Это количество будет определяться тремя факторами. Во-первых, доступностью самого вещества, которое может быть включено в обмен веществ живыми организмами, сложностью и энергетической стоимостью извлечения данного вещества из тела планеты. Во-вторых, доступным количеством энергии, которую живые организмы могут получить из окружающей среды для обеспечения своей деятельности. В-третьих, эффективностью деятельности самих организмов, совершенством и экономичностью тех биохимических процессов, которые данные организмы используют.

В каждый исторический момент времени биосфера рано или поздно будет достигать максимума того объёма вещества, которое оно может включить в оборот жизни, с учётом текущего уровня развития живых организмов и используемых ими биохимических процессов, а также количества энергии, получаемой биосферой от внешней среды.

После достижения этого максимума Биосфера приходит в равновесие, после которого общее количество вещества в биосфере будет оставаться постоянным до тех пор, пока не произойдёт качественного развития в виде появления более эффективных биохимических процессов обмена веществ, которые позволят увеличить объём обращаемого вещества при том же количестве первичной энергии, получаемой из внешней среды.
Также очевидно, что если у нас имеются колебания интенсивности Солнечного излучения, являющегося для современной Биосферы первичным источником энергии, синхронными колебаниям будет подвержено и максимальное количество вещества, которое оборачивается в Биосфере.
Другими словами, размер современной Биосферы будет пропорционален количеству первичной лучистой энергии, которую Земля получает от Солнца.

Здесь следует отметить, что сейчас на нашей планете Земля основным источником энергии для Биосферы является излучение Солнца, поэтому вся сегодняшняя Биосфера выстроена как система по поглощению, распределению и использованию именно энергии солнечного (светового) электромагнитного излучения. Но с химической точки зрения, совершенно не важно, что будет служить источником энергии для обеспечения процесса протекания химических реакций внутри живой клетки. Это может быть источник тепла, радиоактивного излучения или даже просто мощное электромагнитное поле планеты. И примеры подобных живых организмов, которые получают энергию для своей жизнедеятельности не от электромагнитного излучения Солнца, а от тепла подводных вулканов или от сильной радиации внутри разрушенного подреакторного пространства Чернобыльской АЭС, современной науке известны.

На практике это означает, что в соответствии с третьим биохимическим принципом Вернадского, если у нас появляется некий новый источник энергии для живых клеток, либо некий новый биохимический процесс, который позволит живым клеткам использовать для своей жизнедеятельности энергию нового вида, которую они ранее использовать не могли, либо появится более эффективный процесс (с более высоким КПД) для уже ранее использовавшихся источников энергии, то это должно привести к увеличению объёма вещества, которое живые организмы смогут включить в оборот Биосферы, а значит сам размер Биосферы должен увеличится. И чем более мощным будет этот источник, либо чем более эффективным будет новый процесс использования энергии, тем большим будет рост объёмов Биосферы.
Но, в том случае, если у нас по каким-то причинам резко ослабнет или исчезнет один из источников энергии, например, по каким-то причинам резко ослабнет световой поток, который достигает поверхности планеты от её звезды, либо резко изменится электромагнитное поле самой планеты, то у нас должно наблюдаться такое же резкое сокращение объёма Биосферы. Запомним этот вывод, поскольку позже он нам ещё понадобится.

В конце первой части, прежде чем перейти к более подробному рассмотрению понятия «Ноосфера», я хочу ещё раз сформулировать, что же такое Биосфера.

Биосфера, это особая форма материи, та часть вещества Планеты, которая является либо веществом, составляющим живые клетки, либо является продуктами их жизнедеятельности. Одним из главных отличительных особенностей этого вещества является то, что те химические соединения, сложные органические молекулы, которые его составляют, не могут быть получены в ходе каких-либо простых химических реакций при отсутствии живых клеток. По своему внутреннему составу вещество Биосферы является на несколько порядков более сложно организованным, чем другое вещество Планеты (вещество других планетарных сфер).

При этом Биосфера это не только само вещество, то есть атомы и образованные из них  соединения (молекулы). Это ещё и все процессы, которые происходят с этими атомами в процессе создания и разрушения данных соединений. Соответственно, те процессы, которые протекают в Биосфере, также на несколько порядков сложнее, чем процессы в остальном планетарном веществе.

Таким образом, Биосфера является особой формой живой материи, которая отличается от «косной» материи намного более высокой структурной сложностью и намного большей химической активностью, при этом протекающие в Биосфере процессы трансформации вещества (химические реакции), также отличаются намного более высокой сложностью и организованностью.

Но самое главное, что появление более сложных и развитых форм живых организмов принципиально невозможно без предварительного появления и последующего развития более простых, первичных форм жизни, задача которых наработать необходимый объём того вещества, без которого функционирование сложных форм живых организмов в принцип невозможно. Другими словами, прежде, чем сможет возникнуть сложный многоклеточный организм, на Планете должны возникнуть простые одноклеточные организмы, которые должны сформировать некий минимальный объём органических соединений, создать ту среду, в которой уже сможет возникнуть и существовать этот более сложный многоклеточный организм.

Продолжение