Эволюция биосферы

Уоддингтон, отдавая должное теории информации в технике связи, считает ее полезной при анализе передачи наследственной специфичности от родителей детям, в явлениях репликации ДНК и для характеристики процессов, ведущих к матричному синтезу белка. Но уже на следующих стадиях индивидуального развития, характеризующихся процессами формообразования, теория информации «становится не просто бесполезной, но даже опасной».

Уоддингтон прав, говоря об опасности использования для характеристики формообразования классической теории информации К. Шеннона, разработанной для каналов связи, т. е. для закрытых систем. Организм — система открытая. Она существует за счет обмена вещества и энергии с окружающей средой. Представляя собой преформированный эпигенез, специфика индивидуального развития особи, как уже говорилось, зависит не только от генотипа, но и от факторов среды. Какова действительная роль этих факторов? Может ли развивающийся кролик помимо вещества и энергии получить дополнительную информацию сверх той, которая содержится в зиготе, через траву, которую он ест? Попытаемся ответить на этот вопрос.

Следует различать специфическую наследственность — генотипическую информацию, обусловливающую развитие из яйцеклетки зайца — именно зайца, а не другого организма, и информацию, содержащуюся во всех предметах и явлениях окружающего мира. Специфические особенности зайца не витают где-то во внешней среде, переходя в процессе развития в развивающийся организм, а содержатся в его половых клетках. Однако реализоваться они могут лишь в процессе извлечения из среды некоего набора химических элементов и простейших органических и минеральных соединений, обладающих определенными свойствами, упорядоченностью своей структуры, информацией. Все организмы нуждаются в натрии не потому, что это — один из многочисленных инертных кирпичей, из которых слагается организм. Натрий обладает рядом специфических свойств, отличных от свойств других химических элементов. Свойства натрия (информация), присущие этому элементу, нужны для построения организма — вот он и извлекается.

Дом строится по определенному плану. В плане заключена его специфика. Однако для того, чтобы построить дом, этой специфики мало, нужна специфика строительного материала, механизмов, бригада квалифицированных строителей и т. п. В дереве, кирпиче, бетоне, стекле дом не содержится, но без особых свойств этих материалов, без их упорядоченности никакой дом не построить. Организация любого крупного дела основана на умелой интеграции знаний и умении исполнителей.

Индивидуальное развитие особи и представляет собой процесс отбора и интеграции различного рода информации из внешней среды, обусловленные наследственной организацией яйцеклетки.

Известный советский биохимик академик А. А. Баев, в частности, пишет, что в основе формообразования биологических макромолекул «лежат простые, архаические силы межмолекулярных взаимодействий. Они не возникли в ходе эволюции живой природы, они не запрограммированы в наследственном аппарате клеток, но унаследованы готовыми от абиологических предшественников. В живых существах межмолекулярные взаимодействия оказываются в более сложном окружении, они действуют на уровне более высокой организации и, приобретая как бы новые возможности для своего самовыражения, приводят к созданию уникальных биологических структур» [71] .

71

Баев А. А. Ассоциация молекул биополимеров, ее функциональное и биологическое значение. — Вестник АН СССР, 1971, № 2, с. 57.

Значение наследуемой информации выражается не в том, что она до мельчайших подробностей определяет все детали строения развивающегося организма. Оно заключается в способности сложной системы выбирать из окружения специфический набор внешних условий развития, с помощью которых наследственная информация реализуется в процессах формообразования.

Наиболее общее определение процесса развития — синтез рассеянной информации. Данное определение приложимо не только к эволюции органического мира, осуществляющейся с помощью накапливающего наследственную информацию естественного отбора, но и к онтогенезу многоклеточных организмов. Специфика этой разновидности развития заключается в том, что синтез внешней информации происходит в соответствии с унаследованной программой.

Глава 5. Факторы эволюции биосферы

На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом.

В. И. Вернадский

Стадии эволюции материи в направлении жизни

Как уже говорилось в предыдущих главах, биосфера Земли возникла и сформировалась в итоге длительного процесса развития материи. Можно, по-видимому, выделить следующие основные стадии этого процесса:

I. Добиотическая эволюция материи:

1. Образование тяжелых элементов из водорода в недрах звезд.

2. Взрывы звезд и обогащение межзвездной среды разнообразием химических элементов.

3. Возникновение в Космосе под влиянием различных источников энергии простейших органических соединений.

4. Формирование планет, содержащих разнообразные простейшие органические соединения.

5. Образование абиотического круговорота веществ на поверхности планет, вызванного излучением центрального светила (круговорот воды, абиогенная миграция химических элементов); абиогенные химические реакции.

6. Аккумуляция лучистой энергии в органических соединениях в результате фотохимических реакций.

7. Возникновение круговорота соединений углерода, включающего реакции накопления лучистой энергии центрального светила и ее освобождения, — зародыш биотического круговорота биосферы.

II. Биотическая эволюция:

8. Усложнение и усовершенствование компонентов биотического круговорота — формирование биосферы; появление размножающихся живых существ (сперва прокариот, затем эукариот); биогенная миграция атомов как выражение жизнедеятельности.

9. Возникновение многоклеточных организмов и дальнейшее усложнение биотического круговорота биосферы; прогрессирующее преобразование абиогенного компонента биосферы.

10. Дифференциация живого, выражающаяся, с одной стороны, в увеличении многообразия форм, с другой — в усложнении строения, в том, что получило название морфофизиологического прогресса. Преобразование абиогенного компонента биосферы вследствие жизнедеятельности организмов оказывает все более сильное обратное воздействие на биоту.

III. Социальная эволюция:

11. Возникновение и развитие человеческого общества. Трудовая деятельность людей становится фактором эволюции биосферы. Биосфера превращается в единство абиотического, биотического и социального, перехода в новое состояние — в ноосферу.

Среда биосферы

С возникновением биосферы она противопоставилась остальной природе как своей среде. Среда биосферы — это, в первую очередь, космическое окружение, в особенности солнечное излучение, затем верхняя стратосфера и подстилающая биосферу верхняя часть литосферы.

Факторы биосферной среды можно подразделить на две группы: космические и геологические (включая геохимические). К космическим факторам принадлежит в первую очередь солнечное излучение — основной энергетический источник активности биосферы. Данные астрономии свидетельствуют, что интенсивность солнечного излучения в течение времени формирования биосферы практически оставалась постоянной, претерпевая лишь сравнительно незначительные флуктуации, связанные с циклами солнечной активности, выражающейся, в частности, в периодичности появления солнечных пятен. В последнее время, особенно после работы А. Л. Чижевского «Солнце и мы» (1963), накапливается все больше данных, демонстрирующих влияние подобных флуктуаций как на абиотический, так и на биотический компоненты биосферы. Значение для развития биосферы сезонов года и суточной периодики дня и ночи, обусловленных движением Земли вокруг Солнца и обращением ее вокруг оси, совершенно очевидно. Стоит привлечь внимание к другому космическому явлению, менее очевидному.