Концепція біосфери й екологія

З погляду рівня організації, біосфера являє собою найбільш велике об'єднання живих істот. Біосферу можна визначити як систему біогеоценозів, або живих співтовариств. Через складність такого об'єднання уявлення про біосферу мінялися й уточнювалися з розвитком науки, але головним у них залишалася ідея великої й цілісної картини живої природи, а також взаємодії живих систем із середовищем їхнього перебування. Останні питання становлять зміст екологічних досліджень.

Еволюція уявлень про біосферу

У буквальному перекладі термін «біосфера» означає сферу життя й у такому змісті він уперше був уведений у науку в 1875 р. австрійським геологом і палеонтологом Едуардом Зюссом (1831-1914). Однак задовго до цього під іншими назвами, зокрема «простір життя», «картина природи», «живаючи оболонка Землі» і т.п., його зміст розглядався багатьма іншими натуралістами.

Спочатку під всіма цими термінами малася на увазі тільки сукупність живих організмів, що живуть на нашій планеті, хоча іноді й вказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними й космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна «біосфера» Е. Зюсс у своїй книзі «Лик Землі», опублікованої через майже тридцять років після введення терміна (1909 р.), не зауважував зворотного впливу біосфери й визначав її як «сукупність організмів, обмежену в просторі й у часі й, що живе на поверхні Землі».

Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в утворенні земної кори, був Ж. Ламарк (1744-1829). Він підкреслював, що всі речовини, що перебувають на поверхні земної кулі, утворюючу його кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.

Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою й неживою природою, про зворотний вплив живих організмів і їхніх систем на навколишні їх фізичні, хімічні й геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість учених і знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли й зміни, що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони усе більше переконувалися в тім, що відособлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі XIX-XX ст. у науку усе ширше проникають ідеї цілісного, підходу до вивчення природи, які в наш час сформувалися в системний метод її вивчення.

Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних проблем впливу біотичних, або живих, факторів на абіотичні, або фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і всі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою й неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою міняє лик нашої Землі. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого боку - сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає завдання - конкретно досліджувати, яким образом і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні й геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне й глибоке уявлення про концепцію біосфери. Таке завдання саме й поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович Вернадський (1863-1945).

Концепція Вернадського про біосферу

Центральним у цій концепції є поняття про живу речовину, що В. Вернадський визначає як сукупність живих організмів.

Крім рослин і тварин, В. Вернадський включає сюди й людство, вплив якого на геохімічні процеси відрізняється від впливу інших живих істот, по-перше, своєю інтенсивністю, що збільшується з ходам геологічного часу; по-друге, тим впливом, яке діяльність людей робить на іншу живу речовину.

Цей вплив позначається насамперед у створенні численних нових видів культурних рослин і свійських тварина. Такі види не існували раніше й без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства й культурного людства як роботу єдиного цілого.

На думку В. Вернадського, у минулому не надавали значення двом важливим факторам, які характеризують живі тіла й продукти їхньої життєдіяльності:

- відкриттю Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, пов'язаних з дісиметричністю просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл,

- явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але й різноманітні неживі тіла, які В.І. Вернадський називає кісними (атмосфера, гірські породи, мінерали й т.д.), а також і біокосними - тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тіл (ґрунти, поверхневі води й т.п.). Хоча жива речовина по обсязі й вазі становить незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, пов'язаних зі зміною вигляду нашої планети.

Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери, остільки можна затверджувати, що вона може існувати й розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково тому В.І. Вернадський уважає, що живі організми є функцією біосфери й найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею зв'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної.

Вихідною основою існування біосфери й біогеохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне положення нашої планети й у першу чергу її відстань від Сонця й нахил земної осі до екліптики, або до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу - життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери й регулятором всіх геологічних, хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образно виразив один з авторів закону збереження й перетворення енергії Юліус Майер (1814-1878), що відзначив, що життя є створення сонячного променя.

Вирішальна відмінність живої речовини від кісної полягає в наступному:

- зміни й процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у кісних тілах - геологічного часу. Для порівняння відзначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;

- у ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В.І. Вернадський, проявляється насамперед «у безперервному біогенному токовищі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери й назад» ;

- тільки в живій речовині відбуваються якісні зміни організмів у ході геологічного часу. Процес і механізми цих змін уперше знайшли пояснення в теорії походження видів шляхом природного добору Ч. Дарвіна (1859 р.);

- живі організми змінюються залежно від зміни навколишнього середовища, адаптуються до неї й, відповідно до теорії Дарвіна, саме поступове нагромадження таких змін служить джерелом еволюції. В.І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина, можливо, має й свій процес еволюції, що проявляється в зміні з ходом геологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.

Для підтвердження своєї думки він посилається на безперервний ріст центральної нервової системи тварин і її значення в біосфері, а також на особливу організованість самої біосфери. На його думку, у спрощеній моделі цю організованість можна виразити так, що жодна із крапок біосфери «не попадає в те ж місце, у ту ж крапку біосфери, у який коли-небудь була раніше». У сучасних термінах це явище можна описати як необоротність змін, які властиві будь-якому процесу еволюції й розвитку.

Безперервний процес еволюції, що супроводжується появою нових видів організмів, впливає на всю біосферу в цілому, у тому числі й на природні боєздатні тіла, наприклад, ґрунту, наземні й підземні води й т.д. Це підтверджується тим, що ґрунти й ріки девону зовсім інші, чим третинної й тим більше нашої епохи. Таким чином, еволюція видів поступово поширюється й переходить на всю біосферу.

Оскільки еволюція й виникнення нових видів припускають існування свого початку, остільки закономірно виникає питання: а є чи такий початок у життя? Якщо є, то де його шукати - на Землі або в Космосі? Чи може виникнути живе з неживого?

Над цими питаннями протягом сторіч замислювалися багато релігійних діячів, представники мистецтва, філософи й учені. В.І. Вернадський докладно розглядає найцікавіші точки зору, які висувалися видатними мислителями різних епох, і доходить висновку, що ніякої переконливої відповіді на ці питання поки не існує. Сам він як учений спочатку дотримувався емпіричного підходу до рішення зазначених питань, коли затверджував, що численні спроби виявити в древніх геологічних шарах Землі сліди присутності яких-небудь перехідних форм життя не увінчалися успіхом. У всякому разі деякі останки життя були виявлені навіть у докембрійських шарах, що нараховують 600 мільйонів років. Ці негативні результати, на думку В.І. Вернадського, дають можливість висловити припущення, що життя як матерія й енергія існує у Вселеної вічно й тому не має свого початку. Але таке припущення є не більше, ніж емпіричне узагальнення, засноване на тім, що сліди живої речовини дотепер не виявлені в земних шарах. Щоб стати науковою гіпотезою, воно повинне бути погоджене з іншими результатами наукового пізнання, у тому числі й з більше широкими концепціями природознавства й філософії. У всякому разі не можна не вважатися з поглядами тих натуралістів і філософів, які захищали тезу про виникнення живої матерії з неживий, а в цей час навіть висувають досить обґрунтовані гіпотези й моделі походження життя.

Припущення щодо абіогенного, або неорганічного, походженні життя робилися неодноразово ще в античну епоху, наприклад, Аристотелем, що допускав можливість виникнення дрібних організмів з неорганічної речовини. З виникненням експериментального природознавства й появою таких наук, як геологія, палеонтологія й біологія, така точка зору зазнала критики як не обґрунтована емпіричними фактами. Ще в другій половині XVII в. широке поширення одержав принцип, проголошений відомим флорентійським лікарем і натуралістом Ф. Реді, що все живе виникає з живого. Твердженню цього принципу сприяли дослідження знаменитого англійського фізіолога Вільяма Гарвея (1578-1657), що вважав, що всяка тварина походить із яйця, хоча він і допускав можливість виникнення життя абіогенним шляхом.

Надалі, у міру проникнення фізико-хімічних методів у біологічні дослідження знову й усе наполегливіше стали висуватися гіпотези про абіогенне походження життя. Вище ми вже говорили про хімічну еволюцію як передумові виникнення перед біотичної, або перед біологічної, стадії виникнення життя. Із зазначеними результатами не міг не рахуватися В.І. Вернадський, і тому його погляди із цих питань не залишалися незмінними, але, опираючись на ґрунт точно встановлених фактів, він не допускав, ні божественного втручання, ні земного походження життя. Він переніс виникнення життя за межі Землі, а також допускав можливість її появі в біосфері за певних умов. Він писав: «Принцип Реді не вказує на неможливість абіогенезу поза біосферою або при встановленні наявності в біосфері (тепер або раніше) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки.»

Незважаючи на деякі протиріччя, навчання Вернадського про біосферу являє собою новий великий крок у розумінні не тільки живої природи, але і її нерозривного зв'язку з історичною діяльністю людства.

Перехід від біосфери до ноосфери

Перетворення розуму й праці людства в геологічну силу планетного масштабу відбувалося в рамках біосфери, складовою частиною якої вони є. В.І. Вернадський у своїх дослідженнях незмінно підкреслював, яке величезний вплив людство робить на розширення життя шляхом створення нових культурних видів рослин і тварин. Опираючись на його ідеї про біогеохімічну основу біосфери, французький математик і філософ Едуар Леруа (1870-1954) увів в 1927 р. поняття ноосфери, або сфери розуму, для характеристики сучасної геологічної стадії розвитку біосфери. Його позицію розділяв також найбільший французький геолог і палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955), згодом у своїй праці «Феномен людини» визначив ноосферу як одну зі стадій еволюції миру. Визнаючи, що ця стадія, як і сама людина, є результатом тисячолітньої історії розвитку органічного миру, він уважав рушійною силою еволюції цілеспрямована свідомість («ортогенез» ).

На відміну від його В.І. Вернадський розглядає виникнення свідомості як закономірний результат еволюції біосфери, але, один раз виникши, воно потім починає робити весь зростаючий вплив на біосферу завдяки трудовій діяльності людини.

Ноосфера є нове геологічне явище на нашій планеті. У ній уперше людина стає найбільшою геологічною силою. Він може й повинен перебудовувати своєю працею й думкою область свого життя, перебудовувати докорінно в порівнянні з тим, що було раніше.

Первісні уявлення про спрямованість еволюційного процесу убік виникнення мислячих істот і визнання геологічної ролі людства висловлювалися багатьма вченими й до В.І. Вернадського. Так, уже в XVIII в. відомий французький натураліст Ж. Бюффон висловив ідею про царство людини, що в XIX в. була розвинена засновником сучасної геології Жаном Луї Агасисом (1807-1873). Хоча ці ідеї й опиралися на визнання всі зростаючої ролі людства в зміні лику Землі, але не були пов'язані із принципом спрямованості еволюції живої речовини біосфери.

Цей принцип як емпіричне узагальнення висунув американський учений Джеймс Даний (18131895), що ще до появи праці Ч. Дарвіна вперше чітко заявив, що еволюція живої речовини йде в певному напрямку. Ґрунтуючись на своїх дослідженнях ракоподібних і молюсків, Д. Дана дійшов висновку, що протягом принаймні двох мільярдів років відбувалися вдосконалення й ріст центральної нервової системи тварин, починаючи від ракоподібних і кінчаючи людиною. Цей процес він назвав це фалізацієй, при якій досягнутий рівень організації нервової системи ніколи не знижується. Хоча при цьому можливі й зупинки, і перегони, але напрямок еволюції не йде назад. Його послідовник Ле Конт, ґрунтуючись на принципі спрямованості еволюції, назвав еру, пов'язану з появою на Землі людини, психозойською. Ближче до нашого часу відомий російський геолог Олексій Петрович Павлов (1854-1929), оцінюючи надзвичайно зрослу роль людства як потужного геологічного фактора, в останні роки життя наполегливо говорив про антропогенну еру в еволюції біосфери. Подібних висловлень можна було б привести багато, але за деякими виключеннями вони обмежуються лише констатацією розрізнених фактів, не розглядають їх у системі й не дають їм теоретичного пояснення.

Концепція Вернадського вперше привела всі відомі емпіричні факти, дані й результати в єдину цілісну систему знання, що переконливо пояснює, які фактори сприяли переходу від біосфери до ноосфери. Вона ґрунтується на визнанні вирішальної ролі людської діяльності, праці й думки в еволюції біосфери, а через останню й у зміні геологічних процесів, що відбуваються на Землі, і лику Землі в цілому. Важливо підкреслити, що В.І. Вернадський не обмежується дослідженням впливу трудової, виробничої діяльності на процеси, що відбуваються в біосфері й на земній поверхні. Добре усвідомлюючи, що праця являє собою доцільну діяльність, засновану на думці й волі, він указує, що ноосфера, або сфера розуму, буде усе більше й більше визначати не тільки прогрес суспільства, але й еволюцію біосфери в цілому, а через неї й процеси, що відбуваються на Землі. Недарма він розглядає думку як планетне явище.

Еволюційний процес одержує особливе геологічне значення завдяки тому, що він створив нову геологічну силу - наукову думку соціального людства... Під впливом наукової думки й людської праці біосфера переходить у новий стан - у ноосферу.

Якою же подобою людська діяльність впливає на процеси в біосфері, як вона сприяє її еволюції? Чому саме ця діяльність надає еволюції біосфери спрямований характер?

Насамперед відзначимо, що біологічна еволюція властива лише живій речовині біосфери, тобто різним видам рослин і тварин і, зрозуміло, людині в тій мері, у якій він розвивався до виникнення цивілізації й перетворення в Homo sapiens (людини розумної). Надалі біологічна еволюція людини переходить в еволюцію соціальну.

Еволюція живої речовини біосфери приводить до виникнення нових видів рослин і тварин, які, як і інші види, нерозривно й безупинно пов'язані з навколишнім їхнім середовищем насамперед харчуванням і подихом як найбільш характерними процесами обміну речовин. Такий обмін приводить до міграції, руху атомів від живої речовини до неживого, особливо до біогенного, у якому живі елементи об'єднані з неживими. Не можна також забувати, що під час еволюції молекули й атоми живої речовини не залишаються незмінними. А все це багато в чому міняє характер взаємодії живої речовини біосфери не тільки з її неживою частиною, але й з іншими сферами оболонки Землі.

У період переходу від біосфери до ноосфери на сцену виступає такий потужний геохімічний фактор, що як постійно збільшується кількість зеленої живої речовини в біосфері, одержуваного за допомогою розширення посівних площ і інтенсифікації землеробства. У результаті штучного добору нових сортів рослин і порід тварин значно прискорюються процеси еволюції, швидше виникають нові види. А це у свою чергу в ще більшій мері сприяє прискоренню процесів обміну між живою й відсталою речовиною в біосфері.

Очевидно, поступовий перехід до ноосфери почався ще сотні тисяч років тому, коли людство опанувала вогонь і стало виготовляти перші, досить недосконалі ще знаряддя виробництва й полювання. Завдяки цьому воно одержало величезну перевагу перед тваринами, але з геологічної точки зору набагато більше важливим був тривалий процес приручення диких стадних тварин і створення нових сортів культурних рослин. Як відомо, саме цей процес поклав початок скотарству й землеробству, які історично привели до першого найбільш значному поділу суспільної праці й систематичному обміну його продуктами між різними племенами. В.І. Вернадський указує: Людина цим шляхом стала міняти навколишній світ і створювати для себе нову, який не було ніколи на планеті живу природу. Величезне значення цього виявилося ще й в іншому - у тім, що вона позбулася від голоду новим шляхом, й, отже, знайшла можливість необмеженого прояву свого розмноження.

Що ж стосується боротьби із тваринами, то людина одержала в ній перемогу по суті з винаходом вогнепальної зброї й тому тепер вона повинна вживати особливі заході, щоб не допустити винищування всіх диких тварин. Ще більші зусилля необхідні для збереження самої біосфери у зв'язку з багаторазово зрослими техногенними навантаженнями на неї. У зв'язку із цим виникає загальна для всього людства глобальна проблема збереження навколишнього середовища й насамперед живої природи.

Література

1. Кун Т. Структура наукових революцій. - К., 1998

2. Кузнецов Б. Г. Эволюция картины мира. – М., 1997

3. Степин B.C., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. – М., 1994.

4. Беклей А. Кратка історія природних наук. - К., 2002

5. Гайденко П.П. Еволюція поняття науки: Становлення й розвиток перших наукових програм. - К., 2002