Глава тринадцатая. ЭВОЛЮЦИЯ И БИОСФЕРА

Н. В. Тимофеев-Ресовский

Смотрите также:

Эволюция

Эволюция биосферы

Книги Докучаева

Фитоценология

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Геоботаника

Общая биология

Биографии биологов

Биосфера и человечество

В 1900 г. людей на Земле было примерно полтора миллиарда, сейчас их около 4 млрд., к 2000 г., согласно прогнозам, людей будет примерно 6—7 млрд., а через 100 лет ожидается цифра народонаселения, превышающая двадцать миллиардов.

Дело, однако, не в цифре народонаселения, как таковой: места на Земле хватит и для 50 млрд., и для большего числа людей. Важен другой аспект проблемы: некоторые экономисты примерно оценивают; что при достаточно хорошей организации хозяйства Земля может прокормить и снабдить различными видами биологического сырья около 8—12 млрд. человек. Следовательно, через 100 лет примерно половине народонаселения Земли будет не только не хватать пищи, но и биологического сырья, необходимого для разнообразных отраслей химической и других видов промышленности.

Следует напомнить, что 100 лет — не туманное отдаленное будущее, о котором можно и не думать, а всего лишь три поколения людей.

Необходимо учесть, что Земля не только снабжает человечество пищевым и другим биологическим сырьем. Жизнь на нашей планете, биосфера Земли поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы, состав природных вод, а также в значительной мере влияет на климатические, почвообразовательные и другие физико-географические условия.

В последнее время быстро растет не только численность людей, но и объем и мощь технической и промышленно-хозяйственной деятельности человечества; при этом возможен серьезный подрыв всей жизни и деятельности биосферы Земли, который неизбежно скажется трагически на жизни самого человечества. Поэтому среди большого числа современных научно-технических проблем, которыми наша эпоха: весьма богата, проблема о взаимоотношениях биосферы и человечества является «проблемой номер один», комплексное решение которой — задача всего естествознания (включая математику). Значение зтой проблемы должно быть осознано людьми, и необходимость ее решения нельзя недооценивать.

Эту проблему можно рассмотреть на энергетическом входе в биологическом круговороте биосферы и на выходе из биологического круговорота «в геологию» ().

Начнем с энергетического входа. На поверхность Земли падает определенное количество солнечной энергии. Конечно,«сработать» биологически может только та часть этой энергии, которая поглощается организмами-автотрофами, в основном зелеными растениями; способными к фотосинтезу. Из всей падающей на Землю солнечной энергии в разных регионах примерно от 1 до 10% поглощается растениями. Не вся поглощенная энергия идет на фотосинтез. Доля поглощенной солнечной энергии, используемой растениями, на фотосинтез — от 2 до 8%. При этом очень существенно заметить, что разные виды и группы растений обладают разными «коэффициентами полезного действия» фотосинтеза. Уже на энергетическом входе в биосферу человечество может кое-что сделать для того, чтобы растительность поглощала больше поступающей на Землю солнечной энергии; для этого необходимо в первую очередь повысить плотность зеленого покрова Земли. Пока человек в своей хозяйственной деятельности и в быту понижает эту плотность зеленого покрова Земли, небрежно обращаясь с лесами, лугами, полями, строительными площадками.

Недостаточно озеленяя пустыни и степи, человек также снижает потенциальную плотность зеленого покрова. Но современная техника и уровень промышленного развития теоретически позволяют проделать обратную работу: повысить всемерно на всех пригодных для этого площадях земной поверхности и в водоемах (особенно пресноводных) плотность зеленого покрова. Это увеличение плотности зеленого покрова повысит процент поглощаемой солнечной энергии, причем повысить его, как показывают расчеты, можно в два раза.

Выше было сказано, что КПД фотосинтеза разных видов растений могут быть очень различны. Следовательно, здесь для человечества открывается еще одна возможность повышения биологической производительности Земли: на основе предварительного точного изучения КПД фотосинтеза различных видов растений стараться повышать долю участия в растительных сообществах, покрывающих Землю, растений с наивысшими КПД фотосинтеза. Этим можно, видимо, раза в полтора повысить тот процент солнечной энергии, который усваивается растениями и ведет к производству органического вещества на Земле.

Значит, уже на энергетическом входе в биосферу можно повысить биологическую производительность Земли примерно в три раза. Это как раз то, что человечеству необходимо через 100 лет.

Теперь перейдем к основному большому круговороту в биосфере. Здесь только путем охраны и рационализации использования «дикой» живой природы можно сделать очень многое. При общем повышении плотности зеленого покрова Земли легко можно будет повысить плотность и животного населения Земли. Путем точного изучения воспроизведения масс растительности, воспроизведения полезных человеку животных — пушных зверей, копытных, морских зверей, птиц, рыб и беспозвоночных, особенно в океане — мы сможем резко повысить полезную для человека продуктивность этого гигантского круговорота в биосфере-.

Но мы можем — и мы на пути к зтому — повысить и продуктивность сельскохозяйственных культур, культурных растений и домашних животных. Как раз за последние десятилетия генетика все глубже проникает в структуру и работу генотипа. Когда мы будем знать более или менее точно структуру и работу наследственного кода информации, мы сможем резко повысить эффективность селекции сельскохозяйственных культур с целью резкого повышения их производительности, полезной для человека. Кроме того, не следует забывать, что большинство используемых сейчас культурных растений и домашних животных — продукты одомашнивания, окультуривания и приручения и высева их около своих жилищ нашими далекими предками. Из почти 3 млн. видов животных, растений и микроорганизмов, населяющих Землю, человек может извлечь виды, вероятно много более полезные ему и более высокопродуктивные, чем те, которые он использует сейчас. За последние десятилетия почти ежегодно вводятся в культуру новые виды животных и растений. Кроме того, некоторые дикие промысловые звери, птицы, рыбы и растения превращаются человеком в «полукультурные» благодаря заботам об их охране, улучшении кормовых угодий, разведении и посадке молоди и рациональном использовании запасов. Наконец, в самое последнее время в культуру вводится целый ряд микроорганизмов и водорослей, дающих при культивировании на различных простых и дешевых средах очень высокий выход ценных белков, жиров, углеводов и ряда специальных химических соединений, нужных человеку.

Поэтому в большом биосферном круговороте человек, на основании уже сейчас предвидимых научно-технических возможностей, может получить в два-три, а может быть, и более раз больше продукции полезных для себя веществ, чем он получает сегодня. Уже сейчас в некоторых странах используется более 20 видов водорослей для пищевых и кормовых целей, постоянно растет использование беспозвоночных, населяющих мировой океан, вводятся в культуру новые виды растений и животных.

Если за счет увеличения процента поглощаемой растениями солнечной энергии и повышения среднего КПД фотосинтеза растений можно увеличить продуктивность в два-три раза, а на большом биосферном круговороте повысить ее еще в три-четыре раза, мы можем в 6—12 раз повысить продуктивность биосферы Земли. И все это на основании того, что научно уже сейчас понятно и возможно.

Есть еще одна важная, но нерешенная биологическая проблема, имеющая самое прямое отношение к рассматриваемой «проблеме номер один». Мы до сих пор не знаем, почему в течение долгого времени (большого числа поколений живых организмов) такие сложные сообщества, как биогеоценозы,— если человек их не подрывает и не видоизменяет,— способны находиться в состоянии равновесия между составляющими их видами. Причину этого, положим, мы знаем: вся эволюция на Земле происходила в приспособлении живых организмов не только к неживой среде, но и друг к другу. Но механизмы, управляющие такими равновесными системами, нам пока не известны.

И вот одной из задач биогеоценологии является точное изучение отдельных биогеоценотических круговоротов, в сумме составляющих общий круговорот веществ в биосфере, и изучение условий и закономерностей, создающих равновесное состояние, а также условий и воздействий, нарушающих эти равновесия.

Человеку, переделывая, улучшая сообщества в живом покрове Земли, т. е. занимаясь «управлением эволюцией», придется делать это не нарушая равновесия, а так, чтобы переводить сообщества живых организмов в разных местах из одною, менее выгодного для человека и менее продуктивного, в более выгодное и более продуктивное равновесное состояние.

Мы хорошо знаем, что значит нарушить равновесие. У завезенных в Австралию кроликов не оказалось врагов — хищников и паразитов. Кролики размножились в таком количестве, что стали национальным бедствием. И со времени их завоза в XIX в. до настоящего времени затрачены сотни миллионов, если не миллиарды долларов на борьбу с ними; эта борьба стала эффективной лишь в последнее время, когда удалось завезти в Австралию специфического паразита, сдерживающего рост численности и время от времени вызывающего эпидемии среди быстро размножающихся кроликов. Когда англичанам в Новую Зеландию и Австралию были завезены розы, оказалось, что на новом месте они съедались за один сезон тлями. Выяснилось, что у тли, завезенной вместе с розами, на новом месте опять-таки не было естественных врагов. Равновесие было восстановлено лишь тогда, когда из Европы завезли божьих коровок — основных врагов тли. Таких примеров можно привести сотни (обзор см. Elton, 1958).

Следовательно, когда человек разрешит проблему равновесия в живой природе, он из биосферного круговорота сможет извлечь много больше, потому что тогда он действительно сознательно, научно, на рациональных основах сможет изменять и улучшать биологические сообщества в свою пользу. Если из этого возникнет возможность еще в полтора раза увеличить производительность биосферы, то в целом мы сможем получить значительно большее, чем десятикратное увеличение общей биологической продуктивности Земли.

И, наконец, рассмотрим выход из биосферы. Сейчас в ряде мест на Земле, на дне некоторых озер вместо ила, который минерализуется живыми организмами до растворимых неорганических солей, постепенно образуется сапропель — чрезвычайно интересное и ценное органическое вещество, состоящее в основном из углеводов, белков и жиров. Этот сапропель уже сейчас используется человеком: высшие сорта его можно превращать в пищевые вещества, более близкие — в кормовой материал для скота, а самые низкие сорта сапропеля можно употреблять в качестве органических удобрений. Однако пока сапропель используется людьми в очень незначительном количестве. Дело не в сапропеле как таковом, а в гораздо большем; в будущем на выходах из большого биосферного круговорота будут сидеть инженеры-био- техники, задачей которых будет не допускать деградации вещества, выходящего из большого биосферного круговорота, до состояния малоценных, мелких молекул, неорганических солей, в конечном счете какой-нибудь известки, получаемой из известняков, образующихся в виде осадочных горных пород в океанах. Эти ин- женеры-биотехники будут ловить выходящие из круговорота биосферы вещества в формах больших органических молекул углеводов, белков и жиров. Это — третий подход в возможном повышении продуктивности Земли.

Рассмотрев то, что происходит в биосфере, мы приходим к оптимистическому прогнозу: не в два, а в 10 с лишним раз человек может повысить продуктивность Земли, не подорвав производительных сил ее биосферы. Для этого людям совершенно необходимо, во-первых, организовать строгую охрану природы и разумную организацию промыслов (не подрывающих природные запасы), а во-вторых, серьезно приступить к обширным мероприятиям, направленным на резкое повышение биологической производительности Земли и интенсификацию биологических круговоротов в природных и культурных биогеоценозах.

Нормально работающая биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и ценнейшим органическим сырьем, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы и растворы природных вод. Подрыв человеком (количественный и качественный) работы биосферы, следовательно, не только снизит продукцйю органического вещества на Земле, но и нарушит химическое равновесие в атмосфере и природных водах. Однако промышленная мощь уже сейчас достаточно велика для производства мелиоративных работ любого масштаба. Действительно, первичная биологическая производительность Земли связана с использованием поглощенной солнечной энергии первичными продуцентами в фотосинтезе и хемосинтезе. Если человечество вместо разрушения и сокращения перейдет к повышению средней плотности зеленого покрова Земли (для чего уже имеются все технические возможности), то только этим путем на энергетическом входе в биосферу биологическая производительность Земли может быть резко повышена, особенно в том случае, если в процессе мелиорации и повышения плотности зеленого покрова человек повысит в нем участие видов зеленых растений с высоким «коэффициентом полезного действия» фотосинтеза. Но уже для такой иптродукции полезных видов в сообществе растений совершенно необходимо знание условий поддержания и нарушения биогеоценотического равновесия, иначе возможны «биологические катастрофы».

Далее, рационализируя биогеохимическую работу природных и культурных биогеоценозов, поставив на разумную основу теоретически исключительно богатые охотничьи, зверобойные, рыбные, лесные и другие промыслы, а также введя в культуру из огромного запаса диких видов новые группы микроорганизмов, растений и животных, человек может еще повысить биологическую производительность и полезную ему биологическую продуктивность биосферы.

Огромны также возможности селекции окультуренных микроорганизмов и растений в ближайшем будущем, когда селекционеры смогут использовать быстро развивающиеся достижения современной молекулярной генетики и феногенетики, к этому присоединяется развитие «экспериментальной эволюции» культурных растений, основанной на отдаленной гибридизации и создании полиплоидных форм. Агротехнике, несомненно, предстоит также переход на новые формы, резко повышающие урожай, может быть, с переходом от монокультур к поликультурам. Наконец, на выходах из биологических круговоротов люди и ближайшего будуще- щего должны будут научиться «ловить» не малоценные, мелкомолекулярные продукты конечной минерализации органических остатков, а крупномолекулярное органическое вещество типа сап- рогхелей. Все вышесказанное очерчивает некоторые важные направления «управляемой эволюции», о которой говорил в свое время Н. И. Вавилов и отнюдь не утопично, и лежит в пределах реальных возможностей науки и техники предвидимого будущего.

К содержанию книги: Н.В.ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Н.Н. ВОРОНЦОВ А.В.ЯБЛОКОВ - КРАТКИЙ ОЧЕРК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ