Нагревательный элемент увеличит КПД солнечных панелей

Нагревательный элемент увеличит КПД солнечных панелей

В Массачусетском технологическом институте был придуман способ повышения КПД обычных солнечных...

Комбинированные солнечные коллекторы с тепловыми трубками.

Комбинированные солнечные коллекторы с тепловыми трубками.

Солнечную энергию используют для получения горячей воды (теплого воздуха) и выработки...

Это интересно

Критика теории эволюции Дарвина велась со дня ее возникновения. Одним не нравилось, что изменения, по Дарвину, могут идти во всех возможных направлениях и случайным образом. Концепция номогенеза утверждала, что изменения происходят не беспорядочно, а по законам развития форм. Русский ученый и революционер П.А. Кропоткин придерживался точки зрения, в соответствии с которой взаимопомощь является более важным фактором эволюции, чем борьба.

Эти возражения не могли поколебать теории эволюции вплоть до появления под влиянием экологических исследований концепции коэволюции, которая смогла объяснить возникновение полов и другие феномены. Как химическая эволюция — результат взаимодействия химических элементов, так по аналогии биологическая эволюция может рассматриваться как результат взаимодействия организмов. Случайно образовавшиеся более сложные формы увеличивают разнообразие и стало быть устойчивость экосистем.

Совместная эволюция организмов хорошо видна на следующем примере. Простейшие жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы переваривать древесину и расщеплять ее до Сахаров. Встречая в природе симбиоз, можно предполагать, что его конечной стадией является образование более сложного организма. Травоядные животные могли развиться из симбиоза животных и микроскопических паразитов растений. Паразит уже обрел некогда способность производить ферменты для переваривания веществ, имевшихся в организме его хозяина-растения. Животное же делится с паразитом питательными веществами из растительной массы. Удивительная согласованность всех видов жизни есть следствие коэволюции.

В 60-х годах XX века Л. Маргулис предположила, что эукариотические клетки произошли в результате симбиотического союза простых прокариотических клеток, таких как бактерии. Маргулис выдвинула гипотезу, что митохондрии (клеточные органеллы, которые производят энергию из кислорода и углеводов) произошли от аэробных бактерий; хлоропласты растений когда-то были фотосинтезирующими бактериями. По мнению Маргулис, симбиоз — образ жизни большинства организмов и один из наиболее созидательных факторов эволюции. Например, 90% растений существует вместе с грибами, поскольку грибы, связанные с корнями растений, необходимы им для получения питательных веществ из почвы. Совместная жизнь приводит к появлению новых видов и признаков. Эндосимбиоз (внутренний симбиоз партнеров) — механизм усложнения строения многих организмов. Изучение ДНК простых организмов подтверждает, что сложные растения произошли из соединения простых. Схематически это можно представить следующим образом:

Из схемы видно, что соединение двух организмов (обозначенное знаком "+") ведет к созданию третьего (обозначено знаком "→"). Присоединение к нему еще одного дает четвертый организм.

Такая симбиотическая коэволюция хорошо согласуется с данными синергетики, и ею можно объяснить образование колоний амеб под влиянием недостатка пищи и образование муравейника. В синергетических терминах это описывается так. Начальной флуктуацией является несколько большая концентрация комочков земли, которая рано или поздно возникает в какой-то точке области обитания термитов. Но каждый комочек пропитан гормоном, привлекающим других термитов. Флуктуация растет, и конечная площадь гнезда определяется радиусом действия гормона.

Так происходит переход от целесообразности на уровне организмов к целесообразности на уровне сообществ и жизни в целом — целесообразности в научном смысле слова, определяемой тем, что существуют не внешние по отношению к сообществам, а внутренние объективные надорганизменные механизмы эволюции, которые изучает наука.

С точки зрения концепции коэволюции естественный отбор, который играл главную роль у Дарвина, является не "автором", а скорее "редактором" эволюции. Конечно, в этой сложной области исследований науку ждет еще немало важных открытий.

Эволюция идет за счет естественного отбора не только на видовом уровне. "Естественный отбор на более высоких уровнях также играет важную роль, особенно 1) сопряженная эволюция, т. е. взаимный отбор зависящих друг от друга автотрофов и гете-ротрофов, и 2) групповой отбор, или отбор на уровне сообществ, который ведет к сохранению признаков, благоприятных для группы в целом, даже если они неблагоприятны для конкретных носителей этих признаков" (Ю. Одум. Основы экологии. М., 1975, с. 350).

Ю.Одум дает следующее определение коэволюции, или сопряженной эволюции. "Сопряженная эволюция — это тип эволюции сообщества (т. е. эволюционных взаимодействий между организмами, при которых обмен генетической информацией между компонентами минимален или отсутствует), заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости" (там же, с. 354). Гипотеза сопряженной эволюции Эрлиха и Равена (1965) сводится к следующему. В результате случайных мутаций или рекомбинаций растения начинают синтезировать химические вещества, не имеющие непосредственного отношения к основным путям метаболизма или, возможно, являющиеся побочными отходами, возникающими на этих путях. Вещества эти не мешают нормальному росту и развитию, но могут уменьшать привлекательность растений для растительноядных животных. Отбор приводит к закреплению данного признака. Однако, насекомые фитофаги могут выработать ответную реакцию (наподобие устойчивости к инсектицидам). Если в популяции насекомых появится мутант или рекомбинант, способный питаться растениями, которые прежде были устойчивы к данному насекомому, отбор закрепит этот признак. Итак, растения и фитофаги эволюционируют вместе.

Отсюда выражение "генетическая обратная связь". Так называют обратную связь, в результате которой один вид является

фактором отбора для другого и этот отбор влияет на генетическую конституцию второго вида. Групповой отбор, т. е. естественный отбор в группах организмов, является генетическим механизмом коэволюции. Он ведет к сохранению признаков, благоприятных для популяций и сообществ в целом, но не выгодных для их отдельных генетических носителей внутри популяций. Концепция коэволюции объясняет факты альтруизма у животных: заботу о детях, устранение агрессивности путем демонстрации "умиротворяющих поз", повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситуациях и т. п.

Данный генетический механизм может привести и к гибели популяции, если ее деятельность вредит сообществу. Известно, что вымирание популяций может происходить с высокой скоростью и здесь сказывается именно групповой отбор. Это предупреждение человеку, который противопоставил себя биосфере.

Сравнивая с системой "хозяин — паразит", человека называют паразитом, живущим за счет ресурсов биосферы и не заботящемся о благосостоянии своего хозяина. Выше было отмечено, что в процессе эволюции паразитизм склонен сменяться мутуализмом. Перейдя от охоты к земледелию и скотоводству, человек тем самым сделал шаг по пути к мутуализму с окружающей средой. Возможно, стремление к охране природы не столько результат дальновидности человека и осознания им экологических законов, сколько действие группового отбора, который заставляет познавать биосферу и использовать результаты науки для гармонизации отношений с ней.

Гея-гипотеза

Эта гипотеза возникла в последние два десятилетия на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Авторами ее являются английский химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис. В основе ее лежит представление о том, что живые организмы, объединенные в целое со средой своего обитания, могут на каждом более высоком уровне все в большей степени контролировать условия существования, в том числе атмосферу.

Вначале была обнаружена химическая неравновесность атмосферы Земли, которая рассматривается как признак жизни. По мнению Лавлока, если жизнь представляет собой глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава атмосферы планеты.

Лавлок ввел понятие геофизиологии, обозначающее системный подход к наукам о Земле. Согласно Гея-гипотезе, сохранение длительной химической неравновесности атмосферы обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле. С появления жизни действовал механизм биологической автоматической термостатики, в котором избыток двуокиси азота в атмосфере играл регулирующую роль, препятствуя тенденции потепления, связанной с возрастанием яркости солнечного света. Другими словами, действует механизм обратной связи.

Лавлок сконструировал модель, в соответствии с которой при изменении яркости потоков солнечного света растет биоразнообразие, ведущее к возрастанию способности регулировать температуру поверхности планеты, а также к росту биомассы.

Суть Гея-гипотезы: Земля является саморегулирующейся системой (созданной биотой и окружающей средой), способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. По Лавлоку, мы — обитатели и часть квазиживой целостности, которая обладает свойством глобального гомеостаза, способного нейтрализовать неблагоприятные внешние воздействия в пределах способности к саморегуляции. Когда подобная система попадает в состояние стресса, близкого к границам саморегуляции, маленькое потрясение может толкнуть ее к переходу в новое стабильное состояние или даже полностью уничтожить.

В то же время "Гея" превращает даже отходы в необходимые элементы и, видимо, может выжить даже после ядерной катастрофы. Эволюция биосферы, по Лавлоку, может быть процессом, который выходит за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека.

Подходя к Гея-гипотезе с биологических позиций, Л. Маргулис полагает, что жизнь на Земле представляет собой сеть взаимозависимых связей, что и позволяет планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.

Какие выводы следуют из изучения взаимодействия живых организмов с их окружением? Экология показывает, что основная причина экологического кризиса в том, что человек, вопреки экологическим закономерностям, поворачивает развитие экосистем вспять, желая увеличить их продуктивность. Уменьшение разнообразия для целей потребления и управления ведет к уменьшению устойчивости биосферы. В результате экосистемы разрушаются и лишают человека источников жизнеобеспечения. Действия человека по отношению к окружающей среде в соответствии с механизмом обратной связи переходят на него же, причем совсем не

так, как он хотел бы. Необходима гармония человека и природы по аналогии с коэволюцией в живой природе. Перенося на человека закономерности развития экосистем, Ю. Одум предположил, что человечество перешло в стадию стабилизации, аналогичную стадии зрелости экосистемы, и теперь преимущество должно быть отдано сохранению созданного, а не производству нового.

С точки зрения этологии, основная причина экологического кризиса — в человеческой агрессивности, которая после "победы" над природой оказалось гибельной для него самого. Доминирование человека над другими видами ослабляет эволюционные механизмы развития биосферы, так как эволюция идет через межвидовую борьбу. Можно предположить, что на смену естественным механизмам эволюции приходит разум, однако нельзя просто так отмахнуться от философских утверждений (Э. Гартмана, А. Бергсона), что разум, абстрактное мышление уводят человека от понимания природы.

Вывод, который можно сделать на основе данной темы, заключается в том, что не только взаимопомощь, но и конкуренция "работает" на эволюцию. Эту мудрость природы следует использовать и человеку. В применении к человеку концепция коэволюции соотносится с давно известным в философии принципом гармонизации, и если продолжить аналогию между развитием природы и человека, то следует заключить, что все совершаемое человеком должно вести к гармонизации его взаимоотношений с природой и тем самым к его внутренней гармонизации.

Концепция ноосферы

Глобальный характер взаимоотношений человека со средой его обитания привел к появлению понятия ноосферы, введенного Ле-Руа, а затем к концепции ноосферы, развитой Тейяром де Шарденом. Ноосфера, по Тейяру де Шардену, — это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты и сольется с природой в идеальной точке Омега, подобно тому, как раньше образовывались такие целостности, как молекулы, клетки и организмы. "Мы беспрерывно прослеживали последовательные стадии одного и того же великого процесса. Под геохимическими, геотектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно узнать один и тот же глубинный процесс — тот, который, материализовавщись в первых клетках, продолжается в созидании нервных систем. Геогенез, сказали мы, переходит в биогенез, который в конечном

счете ничто иное, как психогенез… Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он сменяется и поглощается более высокой функцией — вначале зарождением, затем последующим развитием духа — ноогенезом" (П. Тейяр де Шарден. Феномен человека. М., 1973, с. 180).

Свою интерпретацию концепции ноосферы дал на основе учения о биосфере В.И. Вернадский. Как живое вещество (это стало ясно, в частности, благодаря фундаментальным трудам Вернадского) преображает косную материю, являющуюся основой его развития, так человек неизбежно обладает обратным влиянием на природу, породившую его. Как живое вещество и косная материя, объединенные цепью прямых и обратных связей, образуют единую систему — биосферу, так человечество и природная среда образуют единую систему — ноосферу.

Развивая концепцию ноосферы вслед за Тейяром де Шарденом, Вернадский рассмотрел то, как на основе единства предшествующей стадии взаимодействия живой и косной материи на следующей стадии взаимодействия природы и человека может быть достигнута гармония. Ноосфера, по Вернадскому, "такого рода состояние биосферы, в котором должны проявляться разум и направляемая им работа человека, как новая небывалая на планете геологическая сила" (В.И. Вернадский. Размышления натуралиста. Кн. 2. Научная мысль как планетарное явление. М., 1977, с. 67).

Вернадский развил концепцию ноосферы как растущего глобального осознания усиливающегося вторжения человека в естественные биогеохимические циклы, ведущего, в свою очередь, ко все более взвешенному и целенаправленному контролю человека над глобальной системой.

К сожалению, Вернадский не закончил работу по развитию данной идеи. В концепции ноосферы представлен в полной мере один аспект современного этапа взаимодействия человека и природы — глобальный характер единства человека с природной средой. В период создания этой концепции противоречивость данного взаимодействия не проявилась с такой силой, как сейчас. В последние десятилетия в дополнение к глобальному характеру взаимоотношений человека и природной среды обнаружилась противоречивость этого взаимодействия, чреватая кризисными экологическими состояниями. Стало ясно, что единство человека и природы противоречиво хотя бы в том плане, что из-за увеличивающегося обилия взаимосвязей между ними растет экологический риск как плата человечества за преобразование природной среды.

За время своего существования человек сильно изменил биосферу. По мнению Н.Ф. Реймерса, "люди искусственно и нескомпенсированно снизили количество живого вещества Земли, видимо, не менее, чем на 30% и забирают в год не менее 20% продукции всей биосферы" (Н.Ф. Реймерс. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология. М., 1992, с. 129). Такие цифры недвусмысленно свидетельствуют о том, что антропогенное изменение биосферы зашло слишком далеко. Биосфера превращается в техносферу, причем направленность антропогенного воздействия прямо противоположна направленности эволюции биосферы. Можно сказать, что с появлением человека начинается нисходящая ветвь эволюции биосферы — снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы. Антропогенные воздействия разрушают естественные системы природы. Как полагает Реймерс, "вслед за прямым уничтожением видов следует ожидать самодеструкции живого. Фактически этот процесс и идет в виде массового размножения отдельных организмов, разрушающих сложившиеся экосистемы" (там же, с. 136). Таким образом, пока еще нельзя ответить на вопрос, создаст ли в будущем человек сферу разума или своей неразумной деятельностью погубит и себя, и все живое.

Далее. С выходом человека в космос область взаимодействия человека с природной средой перестала ограничиваться сферой Земли, и ныне данное взаимодействие пролегает по маршрутом космических кораблей. Понятие "ноосистема", возможно, было бы в наше время более точным, чем понятие "ноосфера", поскольку последняя после выхода людей в космос уже не соответствует пространственной конфигурации воздействия человека на природу. Понятие "ноосистема" предпочтительнее и в плане научного анализа экологической проблемы, так как оно ориентирует на применение развиваемого во второй половине XX века системного подхода к изучению объективной реальности.

Имеется еще одно важное соображение, неучтенное в концепции ноосферы. Человек взаимодействует со средой обитания не только разумно, но и чувственно, поскольку он сам существо не только разумное, а разумно-чувственное, в котором разумный и чувственный компоненты сложным образом переплетены. Конечно, чувственное не следует отрывать от разумного и чувства могут быть как осознаны, так и нет. Тем не менее, проведение здесь определенных различий вполне уместно и предохраняет от односторонних трактовок. Ноосферу не обязательно следует понимать как некий экологический идеал, поскольку не

всегда с экологической точки зрения хорошо то, что преимущественно рационально, а само понятие разумного исторически изменчиво. Так, все современные технологические схемы, конечно же, по своему разумны и рациональны в традиционном смысле слова, но часто дают отрицательный экологический эффект. В то же время такое чувство, как любовь к природе, не всегда может быть рационально интерпретировано и тем не менее способно весьма положительно повлиять на общую экологическую обстановку.

Однако, концепция ноосферы сохраняет ценность, поскольку представляет единство человека и природы в виде процесса — ноогенеза, ведущего к становлению единой системы "человек — природная среда". Ноогенез — один из аспектов процесса становления родовой сущности человека, и его нельзя остановить, не отказываясь от актуализации и совершенствования потенциальных возможностей, заложенных в человеке как виде. Стремление к осуществлению своих целей в природе останется, по-видимому, главенствующим в определении человеком перспектив его взаимоотношений с природой с того момента, как он перешел от защиты своей видовой специфики к превращению ее в важный фактор формирования природной закономерности.

В целом, концепция ноосферы напоминает натурфилософские построения и сциентистские утопии. Становление ноосферы — возможность, но не необходимость. Ценность этой концепции в том, что она дает конструктивную модель вероятного будущего, а ее ограниченность в том, что она рассматривает человека как прежде всего разумное существо, тогда как индивиды и тем более общество в целом редко ведут себя по-настоящему разумно. Пока человечество движется отнюдь не к ноосфере, и последняя остается одной из гипотез.

Вопросы
для повторения

1. Почему именно русский ученый создал учение о биосфере?

2. Как учение о биосфере продолжило учение о почве Докучаева?

3. Как Вернадский понимал биосферу и почему он иначе определил это понятие?

4. Что такое эмпирические обобщения и чем они отличаются от гипотез, моделей, теорий?

5. Каковы основные выводы учения Вернадского о биосфере?

6. Каковы границы биосферы?

7. В какой сфере Земли достигнута нижняя граница биосферы?

8. Каковы различия между растениями и животными?

9. Расскажите о трех биогеохимических принципах Вернадского. Почему они так называются?

10. Расскажите о механизме работы биосферы. Что делает биосферу похожей на вечный двигатель? Какие изменения в ее работу вносит человек?

11. Почему "фабрику" биосферы называют безотходным производством?

12. Зачем нужны в биосфере многоклеточные организмы?

13. Почему их называют "транспортом" биосферы?

14. Что такое теория эволюции?

15. Что такое оптимизация биосферы?

16. Как вы понимаете слова Вернадского, что человек -геологическая сила?

17. В чем суть концепции коэволюции?

18. Как концепция коэволюции примирила взгляды Дарвина и Кропоткина?

19. Как происходила эволюция жизни с точки зрения концепции коэволюции?

20. Как связана коэволюция с гармонией?

21. В чем суть Гея-гипотезы ?

22. Что такое ноосфера?

23. В чем суть концепции ноосферы и каков ее научный статус?

24. Как концепция ноосферы связана с учением о биосфере?

25. Какие достижения естествознания помогли обосновать концепцию ноосферы?

Темы
контрольных работ и докладов

1. Учение Вернадского о биосфере.

2. Основные эмпирические обобщения Вернадского.

3. Положительные и отрицательные взаимодействия между живыми организмами и видами.

4. Концепция коэволюции.

5. Гея-гипотеза и эволюция Земли.

6. Диалектика противоречий между человеком и природой.

7. Роль категории гармонии в решении экологической проблемы.

8. Концепция ноосферы Тейяра де Шардена.

9. Вклад Вернадского в концепцию ноосферы.

10. Связь между учением Вернадского о биосфере и концепцией ноосферы.

Список литературы

1. Вернадский В. И. Биосфера.

2. Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере.

3. Вернадский В.И. Живое вещество. М., 1978.

4. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Кн. 2. Научная мысль как планетарное явление. М., 1977.

5. Лоренс К. Агрессия. М., 1994.

6. Новиков Г.А. Очерки истории экологии животных. Л., 1980.

7. Одум Ю. Основы экологии. М., 1975.

8. Тейяр де Шарден П. Феномен человека. М., 1973.

Дизайн :