Биотическая регуляция переехала на новый сайт. Вы находитесь на первом сайте биотической регуляции. С 14 февраля 2008 г. он не обновляется. Добро пожаловать на www.bioticregulation.ru!

1. Введение

Экологические проблемы человечества возникли относительно недавно. Пока общая численность населения планеты была невелика, разрушительное воздействие человека на глобальную окружающую среду оставалось пренебрежимо малым. В локальном масштабе, как только местная окружающая среда деградировала до непригодного для жизни состояния, можно было переместиться в другое место и занять территорию, еще не нарушенную деятельностью человека.

На современной Земле численность населения столь высока, что воздействие индустриальной и сельскохозяйственной деятельности человека на окружающую среду приобрело глобальные масштабы. Люди заняли большую часть пригодных для жизни территорий, поэтому от локального разрушения окружающей среды спасаться уже негде. Актуальной стала задача сохранения локальной и глобальной окружающей среды в пригодном для жизни человека состоянии. Насколько готовой к решению этой задачи оказалась естественная наука?

Современные представления человека об окружающей среде и, в частности, об окружающей его живой природе восходят к первым наблюдениям первобытных охотников, собирателей, скотоводов и земледельцев. В течение большей части истории человечества экология, как и все другие отрасли биологической науки, преимущественно решала задачу добычи пропитания и одежды для человека. Поскольку проблемы поддержания нормальной окружающей среды не существовало, научное знание строилось на основе тех наблюдений, которые позволяли достичь наиболее эффективной эксплуатации биосферы для удовлетворения потребности человека в еде, одежде, жилье. Вопросов типа "Почему пригодные для жизни человека условия окружающей среды остаются таковыми в течение длительного времени?" не возникало. Постоянство благоприятных для жизни человека значений параметров окружающей среды, таких, как среднегодовая температура, режим осадков, биологическая продуктивность, газовый состав атмосферы воспринималось как нечто само собой разумеющееся, сравнимое с постоянством гравитационного поля Земли.

Глобальная численность населения, а вместе с ней и величина антропогенного воздействия на окружающую среду, растут экспоненциально. При экспоненциальном росте любые изменения носят резкий, скачкообразный характер. Лишь совсем недавно перед естественными науками встала задача поиска рецептов обеспечения устойчивости окружающей среды. Поэтому, несмотря на то, что эта задача принципиально новая и беспрецедентная, попытки ее решения базируются на старых парадигмах, так как не было времени не только для их пересмотра, но и для осознания его необходимости.

Считается, что главной экологической проблемой человечества является проблема борьбы с крупномасштабными загрязнениями окружающей среды, как, например, атмосферные выбросы углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива или отравление воды и почвы отходами промышленного производства. По-прежнему предполагается, что как только проблема загрязнений будет решена (как очевидное логическое решение здесь предлагается переход к безотходным технологиям и 'экологически чистым' источникам энергии), исчезнут основания ожидать каких-либо экологических катаклизмов. Окружающая среда по-прежнему будет оставаться пригодной для жизни 'сама по себе', как это якобы было и раньше.

В этой статье мы показываем, что подобный подход к экологическим проблемам угрожает существованию жизни. Мы пересматриваем логические принципы, формирующие существующую научную основу этого подхода. Мы представляем количественные данные, которые однозначно указывают на то, что сколько-нибудь длительное существование пригодной для жизни человека окружающей среды возможно только до тех пор, пока значительная часть планеты занята естественными экосистемами, не затронутыми деятельностью человека. Поддержание пригодной для жизни человека окружающей среды есть результат функционирования естественной биоты. Как только естественный биотический механизм управления состоянием окружающей среды будет разрушен в глобальном масштабе, окружающая среда быстро (за промежутки времени, не превышающие сотни лет) деградирует до состояния, несовместимого с существованием жизни, как в локальном, так и в глобальном масштабе.

Количественный научный анализ стабилизирующего потенциала естественной биоты является, таким образом, необходимым шагом к обеспечению устойчивости окружающей среды. Такой анализ позволит определить размер территорий, которые должны быть изъяты из хозяйственной деятельности человека и возвращены естественным экосистемам, чтобы глобальная мощность регулирующего воздействия естественной биоты оказалась достаточной для поддержания глобальной окружающей среды в устойчивом пригодном для жизни состоянии. То, что сегодня мы являемся свидетелями глобальных процессов деградации естественных систем жизнеобеспечения и условий окружающей среды (Steffen et al., 2003), показывает, что современная регуляторная мощность еще остающихся естественных экосистем на суше и в океане уже недостаточна для выполнения этой задачи.

Во втором разделе мы показываем, что существование биотической регуляции окружающей среды однозначно следует из количественного рассмотрения основных составляющих, определяющих состояние окружающей среды, как то запасы используемых жизнью химических элементов в органической и неорганической форме, глобальная мощность процессов биохимического синтеза и разложения, характерные величины флуктуаций состояния окружающей среды. В качестве дополнительного аргумента в пользу существования биотической регуляции окружающей среды мы рассматриваем проблему физической неустойчивости подобного земному климата с жидкой гидросферой.

В третьем разделе мы обсуждаем фундаментальные свойства жизни, которые обуславливают возможность биотической регуляции. Мы показываем, что различие между уровнями организации живых систем и открытых динамических физических систем, 'самоорганизованных' за счет внешних потоков энергии, превосходит 20 порядков величины. Поэтому, так как потоки свободной энергии в окружающей среде оказываются практически неупорядоченными по сравнению с живыми системами, упорядоченность жизни не может поддерживаться никакими физическими процессами. Чтобы скомпенсировать спонтанный распад высокоорганизованного состояния жизни, живая материя должна быть разделена на достаточно большое число однородных объектов (особей), между которыми включено конкурентное взаимодействие. Как только уровень упорядоченности отдельной особи уменьшается на величину, превышающую чувствительность конкурентного взаимодействия, такая особь теряет конкурентоспособность и заменяется копией нормального объекта (особи), сохраняющего первоначальный высокий уровень упорядоченности. Такой механизм поддержания упорядоченности уникален для живой материи и отличает ее от неживой природы. Отсюда следует, что ни один внутренне скоррелированный живой объект не может существовать в единственном числе. Биотическая регуляция глобальных условий окружающей среды осуществляется, таким образом, большим числом операционных единиц, каждая из которых имеет относительно малый размер. Мы обсуждаем природу таких единиц (локальных экосистем) и показываем, что они представлены отдельными деревьями и скоррелированной с ними локальной почвенной и надпочвенной биотой (бактерии, грибы, подлесок, мелкие беспозвоночные).

Мощность физических потоков многих жизненно важных химических элементов, например, атмосферного углерода и кислорода, существенно превышает мощность биохимических процессов синтеза и разложения. В четвертом разделе мы обсуждаем условия, при которых биотическая регуляция глобальных концентраций таких элементов локальными функционирующими единицами (локальными экосистемами) является возможной. Мы вводим понятия локально и глобально накапливаемых биогенов и иллюстрируем их на примерах почвенного фосфора, атмосферного углерода и кислорода. В пятом разделе мы показываем, что пересмотр существующих биологических парадигм, описывающих взаимодействие жизни и окружающей среды, является необходимым условием обращения спонтанного движения современной цивилизации к глобальному экологическому коллапсу.