|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
II-03. Гіпотеза (метафора) Геї |
|||
II-03. Гіпотеза (метафора) Геї
Земля — більше, ніж просто дім, це живий організм, і ми є його частиною.
Джеймс Лавлок
Як вже зазначалося, на всіх рівнях організації біосистем спостерігається регуляція за принципом негативного зворотного зв'язку. Але рівні організації біосистем багато в чому і відрізняються. Наприклад, організм складається в основному з живих тканин, характеризується високим рівнем цілісності і певним набором керуючих підсистем (для тварин це нервова, ендокринна та імунна системи). Те, що організм підтримує гомеостаз (зберігає постійними свої найважливіші властивості), здається нам досить звичним. Навпаки, біосфера складається в основному з неживих компонентів, не має «центру» і керуючих підсистем. Однак підтримувати стійкість своїх важливих параметрів здатна і вона!
Це властивість біосфери справило сильне враження на англійського хіміка Джеймса Лавлока, який працював в американському аерокосмічному агентстві (NASA) і намагався визначити ті ознаки, за якими можна шукати планети, на яких існує життя. Йому стало ясно, що найважливіші параметри земної біосфери (склад атмосфери, іонний склад океану, клімат) підтримуються живими організмами в стані, дуже далекому від рівноваги. Протягом тривалого часу земна біосфера підтримує на поверхні планети сприятливі для себе умови.
У 1972 році Джеймс Лавлок і Лінн Маргуліс запропонували так звану «гіпотезу Геї» — уявлення про Землю як про надорганізм, який підтримує свій гомеостаз. Як вказував пізніше Лавлок, вони з Маргуліс незалежно прийшли до думок, які раніше висловлювали і Джеймс Хаттон в XVII столітті, і Володимир Вернадський в XX столітті. Звичайно, для оцінки цієї точки зору важливо, що розуміється під терміном «надорганізм». Профанне розуміння концепції ієрархічної організації біосистем призводить до невірного висновку, що всі рівні мають бути влаштовані однаково. Достатньо задуматися про принципові відмінності організмів, популяцій, угруповань і екосистем, щоб зрозуміти, що вищий рівень зовсім необов'язково буде схожий на нижній. Вже через це «гіпотеза Геї» є швидше «метафорою Геї», що порівнює планету з організмом. Ця метафора корисна вже хоча б тим, що звертає увагу дослідників на пошук механізмів планетарної регуляції.
Повернемося до запропонованої Дж. Лавлоком в 1979 році умоглядної моделі глобальної регуляції — «Стокроткового світу» (див. пункт 1.8). Якщо біосфера, яка всього-то й може, що міняти колір пелюсток зростаючих на її поверхні квіток, здатна регулювати температуру планети в досить широких межах, які ж можливості земної біосфери? Властивості зірок того класу, до якого належить Сонце, є такими, що з часом вони поступово збільшують свою світність. За час існування земного життя це повинно було привести до істотної зміни температур на поверхні планети. Як не дивно, це не відбулося. Швидше за все, збереження клімату відносно постійним — результат регуляторної активності біосфери. Земна біофера набагато складніша за Стокротковий світ. Чи робить Стокротковий світ більш або менш стійким додавання у модель, що його описує, додаткових компонентів — питання, що до сих пір залишається предметом дискусій.
Багато взаємозв'язків, що забезпечують функціонування Геї, ще невідомі. Наведемо один приклад, відкритий за участю Лавлока. Відмираючи, планктонні водорості виділяють гази — діметилсульфід і метілйод. Ці гази виконують відразу кілька функцій. По-перше, вони підсилюють конденсацію водяної пари в атмосфері у вигляді хмар. Якщо планктонні водорості гинуть від перегріву, виділення цих газів призводить до охолодження води завдяки хмарному покриву. Цей ефект має не тільки локальний характер. Збільшення хмарного покриву збільшує альбедо планети — її здатність відбивати промені, що на неї падають. Вітер, що виникає завдяки хмарному покриву, сприяє перемішуванню води. Крім того, ці гази, потрапляючи в атмосферу, дозволяють повертати на сушу сполуки Сульфуру і Йоду, що необхідні для наземних екосистем. Зростання активності наземних рослин призводить до посилення руйнування ними гірських порід і збільшення кількості біогенів (потрібних для планктонних водоростей), які надходять в океан зі стоками води з суші.
Один з напрямків критики концепції Геї полягає в тому, що забезпечення стійкості Землі не може бути пов'язано з диференціальної смертністю або диференціальним відтворенням одиниць добору планетарного рівня. Доцільність біосистем организменного рівня пов'язана з тим, що вони диференційно (в залежності від своїх властивостей) виживають і розмножуються. Зрозуміло, що прямої аналогії з біосистемою планетарного рівня тут бути не може. Хоча планети можуть гинути, вони не розмножуються і, тим більше, не передають своїм «нащадкам» сукупності спадкових задатків, що сприяють їх виживанню і розмноженню.
«Гіпотезою Лавлока моментально пробігла б смертоносна тріщина, якщо б він задався питанням про рівень природного селекційного процесу, на якому було потрібно виробляти передбачувану адаптацію Землі. Гомеостатичні адаптації в окремих тілах розвиваються тому, що індивідууми з поліпшеним гомеостатичним апаратом передають свої гени в майбутнє більш ефективно, ніж такі ж індивідууми з недосконалим гомеостатичним апаратом» (Річард Докінз).
Ймовірно, щоб відповісти на заперечення Докинза, треба розглядати не тільки класичний варіант дарвіновського добору (диференціальне виживання і розмноження організмів) і тим більше не варіант його використання на генному рівні, що відповідає концепції «егоїстичного гена» (тобто диференціальну реплікацію генетичних послідовностей). Як вказував Стефан Больцман, концепція природного добору має дуже широкий фізичний зміст. Друге начало термодинаміки, у вивчення якого Больцман вніс видатний внесок, можна, крім іншого, сформулювати так. Відкриті системи самовільно переходять у більш стійкі (більш ймовірні) стани. Стійкість у загальному сенсі, як ви пам'ятаєте, — це здатність системи зберігати свій стан.
Один з наслідків такого формулювання другого начала термодинаміки може показатися досить простою думкою, що добре відповідає здоровому глузду. Втім, він є способом пояснити багато нетривіальних речей; ось він. Процеси, які стійко підтримують свій стан та здатні поширюватися, витісняють нестійкі та менш здатні до поширення процеси.
Природний добір — один з низки прикладів витіснення нестійких процесів стійкими. Звичайно, ми звикли думати про організми, як про окремі одиниці, проте це — питання звички. Незважаючи на те, що зазвичай ми сприймаємо організми як відносно постійні структури, їх можна (і в деяких випадках потрібно) розглядати як тимчасові стани, що виникають в ході певних процесів — життєвих циклів, послідовностей онтогенезів (рис. 2.3.1).
«Те, що називається структурою, є повільним процесом великої тривалості; то, що називають функцією, є швидкими процесами короткої тривалості» (Людвіг фон Берталанфі).
Рис. 2.3.1. Організми — це не незалежні одиниці. Кожен з них — частина процесу відтворення певного життєвого циклу. Для нашого спостереження є доступними ті процеси, які виявилися стійкими
У відповідності зі сказаним, класичний дарвінівський відбір можна описати і таким чином. Серед мінливих одиниць, які здатні до відтворення подібних до себе, з часом залишаються такі, які краще зберігаються та відтворюються. Втім, одиницями добору на стійкість можуть бути не лише окреми системи, а й певні стани однієї системи. В еволюції біосфери ми спостерігаємо зміни процесів, які йдуть на більш низькому рівні, ніж біосферний. Деякі з цих процесів є стійкими, деякі — ні. Наприклад, причиною сукцесій (див. пункт 3.8) є те, що наявність нестійких угруповань виявляється минущою, і з часом вони замінюються стійкими (клімаксними) угрупованнями — до тих пір, поки якесь збурення не позбавить їх стійкості. Автори цього підручника припускають, що планетарні механізми регуляції можуть виникати і вдосконалюватися в результаті конкуренції альтернативних процесів на биоценотическом рівні (рис. 2.3.2). На жаль, ступінь вивченості такої конкуренції явно недостатня.
Рис. 2.3.2. Більш стійкі процеси витісняють менш стійки. Саме це може бути причиною еволюції механізмів планетарної регуляції
Так чи інакше, в гіпотезі Геї переплелися елементи наукової теорії і релігійного пророцтва. В останні роки Джеймс Лавлок виступає з передбаченнями катастроф. Він вважає людство «нервовою системою» Геї, за допомогою якої вона усвідомлює сама себе. На жаль, людство не усвідомило свою роль і порушило функціонування Геї.
«Гея зробила мене планетарним лікарем, і, оскільки я сприймаю свою професію всерйоз, мені мимоволі доводиться повідомляти погані новини. ... Центри з вивчення клімату в усьому світі,—- що представляють собою еквівалент діагностичної лабораторії або лікарні, повідомляють про фізичний стан Землі, — і фахівці бачать, що планета серйозно хвора, і в найближчий час у неї почнеться лихоманка, яка триватиме не менше 100 тисяч років. І я повинен сказати вам, члени Земний сім'ї, і сама її близька частина, — що ви, і, особливо, цивілізація знаходимося в смертельній небезпеці. ...
Ми повинні бути серцем і розумом Землі, а не просто вірусним захворюванням. Так давайте ж наберемо мужності думати не тільки про потреби і права людини, а й про те, якої шкоди ми завдали Землі, і як нам примиритися з Геей. Ми повинні взятися за справу, поки ми ще досить сильні для цього, поки ми ще не убогий натовп людців, зломлений жорстокою волею здичавілих військових диктаторів. Головне, що ми повинні пам'ятати, так те, що ми частина Землі, і що вона і справді є нашим домом» (Дж. Лавлок).
Цікавим розвитком метафори Геї є метафора Медеї, запропонована американським палеонтологом Пітером Вордом. Медея — героїня давньогрецьких міфів, дружина Ясона, яка вбила власних дітей. Справа в тому, що масові вимирання в історії земного життя можна розглядати як регуляторні впливи з боку планети на її біоту. На жаль, ми вимушені серйозно розглядати сценарій, при якому людство переводить біосферу в нестійкий стан і в силу цього зникає. Планетарні і біосферні реакції на таку людську активність, які призведуть зрештою до загибелі людства, можна розглядати в рамках метафори Медеї, яка нищить своїх дітей.
Як не ставитися до гіпотези Геї, з Лавлоком не можна не погодитися в тому, що один з головних параметрів біосфери — вміст CO2 в атмосфері. Ймовірно, підняті Лавлоком проблеми потребують серйозного вивчення. Одним з ефективних методів такого вивчення, на думку авторів цього підручника, може бути імітаційне моделювання.