|
Раздел Экология
Н.В. Тимофеев-Ресовский.
Нижеследующий текст - краткое изложение нескольких докладов,
прочитанных Тимофеевым-Ресовским в Московском Доме ученых, в МОИПе и в Институте
мединской радиологии (г. Обнинск) в феврале-марте 1967 г. (см.: Научные труды
Обнинского отдела Географического общества СССР. Сб. I. 1968. C. 3-12)
Биосфера и человечество
Светлой памяти выдающихся наших естествоиспытателей Владимира
Ивановича Вернадского (1863-1945) и Владимира Николаевича
Сукачева (1880-1967)
Среди большого числа современных проблем научно-технического характера,
которыми эпоха наша весьма богата, есть одна комплексная проблема, решение
которой является задачей всего естествознания, включая математику, и значение
которой до сих пор большинством людей недостаточно осознано. Об этой проблеме
вкратце идет речь в этой статье.
Недавно проходил очередной международный демографический конгресс,
занимавшийся проблемами народонаселения нашей планеты, Земли. Этот конгресс был
в основном посвящен вопросу роста народонаселения. Цифры примерно следующие: в
1900 г. людей на Земле было примерно полтора миллиарда, сейчас около
четырех миллиардов людей населяют Землю. К двухтысячному году нас будет примерно
7 миллиардов, а через сто лет ожидается цифра населения где-то между двадцатью и
тридцатью миллиардами.
Но дело не в цифре народонаселения как таковой. Места на Земле и для тридцати
миллиардов людей достаточно, и для пятидесяти, и даже для большего числа. Но вот
другой аспект проблемы важен: экономисты и ученые-естественники на основе наших
современных научных знаний примерно оценили, что при достаточно хорошей
организации хозяйства Земля может прокормить и снабдить другими видами сырья
около десяти - двенадцати миллиардов людей. Из этого следует, что через 100 лет
примерно половине народонаселения Земли будет не хватать не только пищи, но и
целого ряда других видов биологического сырья, необходимого, как все знают, для
самых разнообразных отраслей химической и другой промышленности. Я должен
напомнить, что сто лет - это не туманное отдаленное будущее, о котором можно не
думать, а это всего лишь три человеческих поколения. Примерная
предположительность одного поколения людей - 30 с небольшим лет, т.е. через 100
лет Землю будут населять внуки и правнуки теперешних людей, населяющих сейчас
Землю. Следовательно, это время от нас не слишком отдаленное. Из этого видно,
что даже нам и ближайшим двум поколениям людей придется, хотят они или нет,
разбираться детально в этой проблеме.
Как видите, я пока изобразил проблему в довольно-таки пессимистических тонах.
Через 100 лет, выходит, примерно половине народонаселения будет нечего делать на
Земле, будет нечего есть, а может быть, и нечем дышать, не хватит воды для
питья, утоления жажды, не говоря уже о промышленности, которая "пьет" воды во
много больше, чем все человечество вместе взятое. А теперь попробуем поставить
эту проблему иначе, отнюдь не в утопическо-фантастическом плане, а на основе
того, что мы сегодня можем предвидеть, то есть на основе конкретных научных
знаний в первую очередь в области биологии и целого ряда других дисциплин,
включая математику.
Я должен напомнить, что наша Земля является живой планетой, то есть планетой,
на которой развивалась грандиозная по своему своеобразию, разнообразию, да и,
как мы сейчас увидим, и по общей массе жизнь. Есть, по-видимому, целый ряд
планет мертвых, лишенных жизни. Земля же наша является живой планетой, и ее
характерной особенностью в связи с этим является особая оболочка земного шара,
получившая название биосферы.
Биосферой мы называем, следовательно, ту наружную оболочку земного шара, на
которой развилась и процветает жизнь; в форме большого числа разнообразных видов
живых организмов, животных, растений, микроорганизмов, населяющих наружные слои
земной коры на суше, практически всю толщу гидросферы, то есть Мирового океана,
морских и пресных вод, нижние слои атмосферы, окружающей земной шар.
Один из крупных, если не крупнейший натуралист последнего столетия, наш
соотечественник академик В. И. Вернадский, умерший в сорок пятом году глубоким
стариком, в целом ряде блестящих работ создал общее учение о биосфере Земли.
Биосфера, как я уже сказал, представляет собой прежде всего пленку жизни,
покрывающую земной шар. Общая масса живых организмов или, как мы говорим, общая
биомасса Земли примерно была подсчитана Вернадским и его школой и составляет
около десяти в шестнадцатой степени тонн. По сравнению с общей массой Земли это
не очень много, но, конечно, это огромная масса вещества. Причем не следует
забывать, что это вещество живое. Живые организмы постоянно рождаются и
отмирают, в живых организмах протекают процессы обмена веществ, следовательно,
живые организмы в отличие от неживой или, как говорил Вернадский, косной
природы, или косного вещества, отличаются тем, что они представляют собой
огромный химический завод, превращающий огромные массы вещества и энергии на
поверхности нашей планеты.
В этом первое, может быть, самое важное свойство биосферы. Биосфера является
существеннейшей составной частью общей жизни Земли как планеты, является
энергетическим экраном между Землей и Космосом и той пленкой, которая превращает
определенную часть космической (в основном солнечной) энергии, поступающей на
Землю, в ценное высокомолекулярное органическое вещество.
Биосфера Земли, выражаясь языком физиков и термодинамиков, является открытой
термодинамической системой. В нее поступает энергия извне, из космоса, в
основном это солнечная энергия. В процессе эволюции живые организмы на Земле
создали две большие основные группы: организмы автотрофы, способные на основе
поглощаемой ими солнечной энергии (например, зеленые растения с помощью
фотосинтеза, а ряд микроорганизмов с помощью хемосинтеза) из неорганического
вещества создавать органическое вещество, из малых молекул строить большие
молекулы; другая группа организмов - гетеротрофы, к которым относимся и мы,
может жить, существовать и питаться лишь на основе первичных продуцентов, как их
часто называют, организмов автотрофов, о которых я только что говорил. Таким
образом, автотрофы непосредственно используют поступающую на Землю солнечную
энергию, создают органическое вещество, а все остальные организмы - гетеротрофы;
животные, очень небольшая часть растений, часть микроорганизмов и мы, люди,
живем уже на счет или за счет того органического вещества, которое создано
автотрофами.
Следовательно, мы имеем энергетический вход в биосферу в форме солнечной
энергии. В громадной биомассе биосферы протекают процессы обмена веществ, одни
организмы отмирают, другие нарождаются, они питаются друг другом, продуктами
друг друга и так далее. Происходит огромный вечный, постоянно работающий
биологический круговорот биосферы; целый ряд веществ, форм энергии постоянно
циркулируют в этом большом круговороте биосферы. И, наконец, из этого
круговорота есть выход. Живые организмы не образуют идеально замкнутого
биосферного круговорота. Часть органического вещества поступает в почву, на дно
водоемов, в водные растворы, используется микроорганизмами - минерализаторами,
которые, используя эти органические остатки, разлагают их до простых
неорганических солей, растворяющихся в воде, и поступают в сток, который, в
конечном счете, кончается в мировом океане. И вот эти продукты минерализации
отмирающего органического вещества, неиспользованные в биологическом круговороте
биосферы, образуют, осаждаясь из водных растворов, осадочные, или вторичные,
горные породы, мощным слоем покрывающие лик Земли. Другими словами, из живого
круговорота биосферы для части вещества и энергии есть выход, так сказать, в
геологию, путем формирования вторичных осадочных горных пород. Таково общее
представление о биосфере. Энергетический вход в виде солнечной энергии, большой
биосферный круговорот и выход из него в геологию, в осадочные горные породы.
В связи с нашей проблемой, с той проблемой, которую я вначале сформулировал
так: как же быть со все нарастающей численностью людей на Земле, возникает
вопрос: что может этот большой биологический круговорот в биосфере давать людям?
Эту проблему можно рассмотреть по трем основным пунктам или местам только что
описанной мною биосферы: 1) на энергетическом входе: 2) в биологическом
круговороте биосферы и 3) 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 солнечной энергии, которая поглощается организмами автотрофами, в
основном зелеными растениями, способными к фотосинтезу. Так вот из всей падающей
на Землю солнечной энергии лишь определенный процент, точно это посчитать не
так-то легко, скажем, примерно от трех до восьми процентов падающей на Землю
солнечной энергии поглощается зелеными растениями. Из поглощенной энергии не вся
идет на фотосинтез. Как и в технике, в живой природе мы можем говорить о КПД - о
коэффициенте полезного действия, то есть лишь часть поглощенной зелеными
растениями энергии используется растениями в фотосинтезе. Процент поглощенной
солнечной энергии, используемой растениями, опять-таки подсчитать его точно
нелегко, составляет приблизительно 2-8. При этом очень существенно заметить, что
разные виды и группы растений обладают разным КПД. Уже на входе человечество
может кое-что сделать для того, чтобы растительность поглощала больше
поступающей на Землю солнечной энергии, а для этого необходимо повысить
плотность зеленого покрова Земли. Пока мы, люди, в своей хозяйственной,
промышленной деятельности и в быту скорее сокращаем эту плотность зеленого
покрова Земли, небрежно обращаясь с лесами, лугами, полями, строительными
площадками. Недостаточно озеленяя пустыни, степи, мы снижаем плотность зеленого
покрова. Но как раз современная техника и уровень современной промышленности
теоретически позволяют нам проделать обратную работу, то есть повышать всемерно
на всех пригодных для этого площадях земной поверхности и в водоемах, особенно
пресноводных, плотность зеленого покрова. Эта плотность зеленого покрова повысит
процент поглощенной растениями солнечной энергии; причем повысить его, как
показывают расчеты, можно минимум в полтора, может быть, даже и в два раза, и
тем самым удастся повысить биологическую производительность Земли.
Выше было сказано, что коэффициенты полезного действия (КПД) разных видов
растений могут быть очень различны, варьируя от двух до восьми, а, может быть, у
ряда форм растений и более процентов; следовательно, здесь открывается для
человечества еще одна возможность: разумно, конечно, на основе предварительного
точного изучения КПД различных видов растений специалистами-физиологами
стараться повышать процент участия в растительных сообществах, покрывающих
Землю, растений с наивысшим, а не наинизшим КПД. Этим опять- таки можно на
какую-то цифру (в полтора раза или меньше, или больше) повысить уже тот процент
солнечной энергии, который усваивается растениями и через фотосинтез растений
ведет к производству органического вещества на Земле.
Значит, уже на входе в биосферу, на энергетическом входе, можно выиграть, ну,
скажем, фактор-2, то есть повысить биологическую производительность Земли в два
раза. Напомню, это то, что нам совершенно необходимо через сто лет.
Теперь перейдем к основному большому круговороту биосферы. Тут опять-таки,
мы, люди, хозяйствуем пока что очень небрежно, мы уничтожаем или подрываем
воспроизводимые запасы животных и растений на нашей планете, мы небрежно и
неумно часто используем промысловые запасы лесов, зверей, рыб и так далее. Здесь
только путем рационализации использования "дикой" живой природы можно сделать
очень много. При общем повышении плотности зеленого покрова Земли легко будет
повысить плотность и животного населения Земли, которое в конечном счете
питается растительным покровом, прямо или косвенно. Путем точного изучения
воспроизведения масс растительности, воспроизведения запасов полезных человеку
животных, пушных зверей, копытных, морских зверей, птиц, рыб и целого ряда
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 этому - повысить и продуктивность сельскохозяйственных культур,
культурных растений и домашних животных. Ведь как раз за последнее десятилетие а
генетике, науке о наследственности, мы все глубже проникаем в структуру и работу
генотипа, наследственного кода информации, передаваемого от поколения к
поколению в живой природе.
Когда мы будем знать более или менее точно структуру и работу этих генотипов,
мы сможем резко повысить эффективность и ускорить селекцию сельскохозяйственных
культур - культурных растений и домашних животных с целью резкого повышения их
производительности, полезной для человека. Ведь не следует забывать, что
большинство сейчас используемых культурных растений и домашних животных -
продукт одомашнивания, окультуривания, приручения и высева их около своих жилищ
нашими далекими полудикими предками. Из почти трех миллионов видов животных,
растений и микроорганизмов, населяющих Землю, человек может извлечь целый ряд
видов, вероятно, намного более полезных ему и более высокопродуктивных, чем те,
которые он использует сейчас. Поэтому: в большом биосферном круговороте человек
на основании уже сейчас предвидимых научных возможностей может получить в два,
три, а может быть, и большее число раз больше продукции полезных для себя
веществ, чем он получает сегодня. В Японии используется уже сейчас более 20
видов водорослей для пищевых и кормовых целей, постоянно растет использование
беспозвоночных, населяющих мировой океан, вводятся в культуру новые виды
растений, а иногда и животных. Теперь вспомните, если мы на энергетическом входе
сможем получить фактор-2, т.е. за счет увеличения процента поглощаемой
растениями солнечной энергии и повышения среднего КПД растения можем увеличить
продуктивность, скажем, в 2 раза, да на большом биосферном круговороте повысить
ее еще в 3-4 раза, два на три - четыре, получается в 6-8 раз, т.е. мы можем в
6-8 раз повысить продуктивность биосферы Земли. И еще раз повторяю, это все на
основании того, что научно уже сейчас понятно и возможно.
Есть еще одна очень важная, но нерешенная биологическая проблема. Дело в том,
что Земля наша всюду и всегда населена более или менее сложными комплексами
многих видов живых организмов, сложными сообществами или, как биологи называют
их, биоценозами. Так вот мы до сих пор не знаем, почему в течение долгого
времени (большого числа поколений живых организмов) такие сложные сообщества,
если человек их не подрывает, не портит, не видоизменяет, способны находиться в
состоянии равновесия между составляющими их видами.
Почему это так? Мы, положим, знаем. Потому что вся эволюция на Земле
проходила в приспособлении живых организмов не только к неживой внешней среде,
но и друг к другу, так сказать, в результате эволюции организмы оказываются
хорошо "притертыми" друг к другу. Поэтому причина возникновения такого
равновесия нам понятна. Но механизмы, управляющие такими равновесными системами,
нам пока неизвестны. И вот одной из задач новой нашей советской дисциплины -
биогеоценологии, созданной недавно скончавшимся крупнейшим и старейшим нашим
биологом академиком В. Н. Сукачевым, и является точное изучение отдельных
местных, так сказать, 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 ведь, переделывая, улучшая сообщество в живом покрове Земли,
придется делать это, не нарушая равновесия, а так, чтобы переводить сообщества
живых организмов в разных местах из одного, менее выгодного для человека и менее
продуктивного, в более выгодное и более продуктивное равновесное состояние.
Что значит нарушить равновесие? Мы уже знаем. Вспомните общеизвестный пример:
завезение кроликов в Австралию. На новом месте в Австралии у кроликов не
оказалось естественных врагов - хищников и паразитов. Они размножались в таких
количествах, что стали в Австралии национальным бедствием. И со времени их
завезения (XIX в.) по настоящее время затрачены сотни миллионов, если не
миллиарды долларов на борьбу с кроликами, которая достигла эффективности лишь в
самое последнее время, за последние 2-2,5 десятилетия. Когда англичане в Новую
Зеландию и Австралию пожелали завезти свои знаменитые английские розы,
оказалось, что на новом месте розы съедались начисто за один сезон тлями.
Выяснилось, что у тли, завезенной вместе с розами, на новом месте опять-таки нет
естественных врагов. Равновесие было восстановлено лишь тогда, когда из Европы
завезли жучков - божьих коровок, которые являются основными врагами тли, и тогда
восстановилось равновесие, стали расти розы, розы ела тля, а тлю стали есть
божьи коровки, которых опять-таки держали в приличных пределах численности
разные птички, которые клевали божьих коровок, восстанавливая равновесие в
розарии. Я привел два примера, но таких примеров можно привести сотни, сотни и
сотни.
Следовательно, когда человек разрешит проблему равновесия в живой природе, он
из биосферного круговорота сможет извлечь еще больше, потому что он тогда
действительно сознательно, научно, на рациональных основах сможет в свою пользу
и по своему усмотрению изменять и улучшать биологические сообщества, населяющие
Землю. Если из этого возникнет возможность еще в 1,5 раза увеличить
производительность биосферы, то мы уже получим вместе с предыдущими
возможностями более чем 10-кратное увеличение биологической продуктивности
Земли.
И наконец последний, третий пункт - выход из биосферы. Сейчас мы знаем, что 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 используют
люди. Японцы, например, высшие сорта его превращают в пищевые вещества,
следующие более низкие сорта - в кормовой материал для скота, а самые низкие
сорта сапропеля употребляют в качестве органических удобрений. У нас сапропель
тоже уже употребляется, например, в кондитерской промышленности в качестве
заменителя желатина и агара. Но употребляется он пока людьми в очень
незначительном количестве. Так вот дело не в сапропеле как таковом, а гораздо в
большем, в будущем на выходах из большого биосферного круговорота будут сидеть
инженеры-биотехники, задачей которых будет не допускать деградации вещества,
выходящего из большого круговорота биосферы, до состояния малоценных мелких
молекул, неорганических солей, в конечном счете какой-нибудь известки,
получаемой из известняков, образующихся в виде осадочных горных пород в океанах
и морях. Эти инженеры-биотехники будут ловить выходящие из круговорота биосферы
вещества в формах значительно более ценных, больших органических молекул
углеводов, белков и жиров, бесконечно более полезных людям. Это третий пункт, в
котором люди смогут повысить продуктивность Земли.
Я начал с пессимистической констатации соотношения очень быстрого прироста
народонаселения земного шара и естественной ограниченности биологических запасов
на Земле. Однако, рассмотрев то, что происходит в биосфере, и то, что мы уже
знаем благодаря работам наших крупнейших ученых Вернадского, Сукачева и ряда
других, мы приходим к оптимистическому прогнозу: не в 2, а в 10 с лишним раз
человек может повысить продуктивность Земли, не подорвав производительных сил ее
биосферы.
Наконец, я хочу указать на следующее: мы привыкли рассуждать о биологической
производительности Земли преимущественно с точки зрения пищевых ресурсов для нас
самих. Но ведь биосфера Земли - это гигантская живая фабрика, преобразующая
энергию и вещество на поверхности нашей планеты - формирует и равновесный состав
атмосферы, и состав растворов в природных водах, а через атмосферу - энергетику
нашей планеты. Она же влияет и на климат. Вспомним огромную роль в круговороте
влаги на земном шаре, испарения воды растительностью, растительным покровом
Земли. Следовательно, биосфера Земли формирует все окружение человека. И
небрежное отношение к ней, подрыв ее правильной работы будут означать не только
подрыв пищевых ресурсов людей и целого ряда нужного людям промышленного сырья,
но и подрыв газового и водного окружения людей. В конечном счете люди без
биосферы или с плохо работающей биосферой не смогут вообще существовать на
Земле.
Таким образом, это действительно проблема номер один и проблема срочная. Нам
необходимо уже сейчас бросать все научные силы на ее решение. Для этого нужно
точно инвентаризовать наше живое окружение, в чем мы тоже сильно отстали. Нужна
большая работа зоологов, ботаников, гидробиологов, которые бы точно и хотя бы
полуколичественно инвентаризовали виды растений, животных, микроорганизмов,
населяющих разные территории и акватории, разные регионы нашей планеты, в первую
очередь обширного нашего отечества. Нужны физиологи, биохимики, биофизики,
генетики, которые бы изучили интимные, глубинные механизмы жизни, которые
позволили бы селекционерам, сельским хозяевам, биотехникам, промысловикам
рационально, полно и намного богаче, чем сейчас, использовать живые ресурсы
Земли.
Наконец, проблема равновесия, о которой я упоминал, это проблема математиков
и кибернетиков, без их участия ее не разрешить. А как я уже говорил, ее
разрешение поможет людям разумно изменить свое живое окружение. Вот
приблизительно то, что каждый должен знать и постоянно обдумывать в отношении
той проблемы, которую я поставил вначале. Не следует забывать, что людям ее
решать придется, хотят они этого или нет. И ведь жизнь на земном шаре,
человеческая жизнь, пока протекает не очень мирно, поэтому, несомненно, будет в
ближайшее время еще существовать соревнование, конкуренция разных стран,
континентов, больших регионов Земли. И нам в этой конкуренции отставать нельзя.
Наоборот, вся история естествознания, русского естествознания XIX и XX веков,
дает возможность именно нам, советским ученым, эффективнее других, целостнее и
рациональнее приступить к изучению научных основ этой большой проблемы -
проблемы "биосферы и человечества".
См. также главу из воспоминаний Тимофеева-Ресовского "Кольцовская школа,
прямая и косвенная"
Уважаемые читатели! Мы просим вас найти пару минут и оставить ваш отзыв о прочитанном материале или о веб-проекте в целом на специальной страничке в ЖЖ. Там же вы сможете поучаствовать в дискуссии с другими посетителями. Мы будем очень благодарны за вашу помощь в развитии портала!
|
|