Биосферные риски - Владимир Живетин

Какие же объекты рассматриваются как системы в биологической науке? По мнению К.М. Хайлова [98], перечисление таких объектов «представляет ряд трудностей, причем не из-за недостатка объектов, а из-за обилия и разнообразия». Обычно сюда относятся такие объекты, как: особь, вид, популяция (все особи данного вида в данной местности), биоценоз (совокупность всех живых существ в данной местности), биогеоценоз (экосистема – все живое вместе со средой, в которой оно обитает) и, наконец, биосфера (область активной жизни на данной планете).

Процессы, подлежащие изучению, включают три категории: физические, биофизические и социальные, которым соответствуют естественные и гуманитарные науки. Решающим моментом в формировании необходимых знаний является формулировка цели поиска и пути, по которому должен осуществляться этот поиск. Большую работу в плане формулировки цели провел Римский клуб. Из всего изобилия целей мы привели семь и соответствующие им пути (см. главу I): их принципиальное различие между собой говорит о многом. Прежде всего, о том, что данная проблема чрезвычайно сложна и требует всестороннего изучения, а в силу того, что сегодня мы не имеем единого мнения, что пути, по которым движется человечество, верные, – решения следует искать нестандартные. Один из таких путей предложен нидерландским экономистом, лауреатом Нобелевской премии, Яном Тинбергеном.

Основную идею «взаимозависимости» народов мира надо распространить шире – на взаимозависимость подсистем биосферы: человечества, животных, растений, косного вещества. В зависимости от уровня проникновения в проблему и возможностей реализации такого проникновения идею взаимозависимости, возможно, следует распространить и на геосферу – динамическую систему, несомненно, оказывающую влияние на живое вещество биосферы, в том числе на человека.

Проблемы биосферы изучает биология, которой свойственен многоуровневый характер с включением различных уровней структурной организации от макро– до микроуровня: молекулы, надмолекулярные структуры, образующие организмы клетки; ткань, органы, системы органов, организм, популяции, биоценоз, биосфера. Эти структуры изучаются в различных разделах биологии: молекулярной биологии, биоорганической и бионеорганической химии, биохимии, цитологии, гистологии, анатомии и физиологии, популяционной зоологии и ботанике, биоценологии, экологии. Существует более укрупненное деление биологии: зоология и ботаника, генетика и биология развития, эволюционное учение. О взаимосвязи биологии и других наук можно говорить, рассматривая этапы развития биологии как науки.

Первый этап — описание и классификация объектов, в том числе тканей и клеток, внутриклеточных организмов, биологически функциональных молекул.

Второй этап — раскрытие функциональных свойств биологических систем.

Третий этап — углубленный уровень исследований биосистем с позиции системного анализа.

Рассмотрим связь биологии и физики. Вследствие чрезвычайной сложности и многообразия живой природы лишь немногие биологические проблемы изучены достаточно хорошо. Стала возможна четкая формулировка биофизических задач. Две главные проблемы, свойственные биосфере – это проблема поведения открытых систем и проблема развития, которые взаимосвязаны и взаимозависимы. Главное состоит в том, что изолированная система, выведенная из состояния равновесия, стремится вернуться в равновесное состояние, которому отвечает максимальная энтропия. Лишь в этом смысле второе начало термодинамики формулирует закон эволюции физической системы, ограничиваясь изолированной системой. Если мы утверждаем, что проблемы развития биосферы не существует, а живая природа развивается в направлении возрастающей упорядоченности, то можно утверждать справедливость «антиэнтропийности» жизни.

Результаты биофизического исследования приобретают важное биологическое значение, когда параметры первичных молекулярных механизмов удается непосредственно связать с особенностями конкретных биологических процессов и явлений. Однако это не всегда удается. Так, гетерогенные системы, каковыми являются биосистемы, далеки от равновесия. Термодинамика необратимых процессов практически не может оперировать понятиями химического потенциала, зависящего от концентрации компонент, где энтропия имеет место. В активных комплексах внутримолекулярные превращения, в первую очередь, зависят от характера их организации, а не от суммарной концентрации компонента.

Свойства белковых молекул существенно отличаются как от свойств жидкостей с их ближним порядком, так и твердых тел с дальним порядком. Макромолекулы можно рассматривать как своего рода «молекулярные шины», служащие для преобразования одного вида энергии в другой. Так, реакции фотосинтеза дают начало цепям переходов энергии электронного возбуждения в энергию разделенных зарядов и энергию поляризации белка, а также в энергию трансмембранного электрохимического потенциала и энергию химических связей АТФ.

Для рассматриваемых целей, в том числе решения проблемы возможности самоуничтожения биосферы по инициативе одной из подсистем человечества, необходимо использовать знания по отдельным областям:

– космос (обмен материей, энергетикой, информацией);

– геосферные знания (энергетика, смена полюсов и т. д.);

– биосферные знания (как системы взаимосвязанных энергетических подсистем);

– эгосферные знания (ноосферные, психоэнергетического мира человека);

– ноосферные знания человечества;

– знания о социальной среде, ее влияние на биосферу [59, 60];

– знания о технико-технологической среде (ее влияние на биосферу).

Представим в виде структурной схемы взаимосвязи отдельных объектов биосферы и возмущающих факторов (рис. 2.6). В приведенном ниже материале, как и во всех научных знаниях, биосистемы рассматриваются как энергетические преобразователи. С этих позиций получены результаты, которые несут немало ценного. Их недостаток состоит в том, что они разрознены.

Представим биосферу в виде системы с обратной связью (рис. 2.7), которая в энергетическо-информационном плане самодостаточна. На рис. 2.7 обозначено: Ei – энергетический потенциал; Ji – информационный потенциал i-й подсистемы. Человек есть ее элемент, который добывает себе необходимую энергию из энергетики биосферы, например, выращивая зерно, фрукты, овощи, скот, часто превращая свою деятельность в возмущающий фактор V(t). В процессе жизни биосфера подвержена внутренним V(t) и внешним W(t) возмущающим факторам, часть из которых относится к факторам риска.

Рис. 2.6

Рис. 2.7

Приведенная система (рис. 2.7) на протяжении 4 млрд. лет обеспечивала саморазвитие живого вещества, его самосохранение и энергетическое самоограничение, при котором совокупная энергия биосферы Ебс не опускалась ниже (Ебс)min и не поднималась выше (Ебс)max, а если это и происходило, то только по причине влияния внешних возмущающих факторов W(t), на ограниченном интервале времени. Отметим, что подобная структура с соответствующими подсистемами (1–4) имеет место для всех живых веществ, включая человека [43, 44]. Будучи такой же системой, т. е. имея такую же структуру c подсистемами, человек не воспринимает объекты с другими структурами и не осмысливает их.

Структура информационно-энергетических моделей объектов среды жизнедеятельности человека неизменна и включает в себя подсистемы: построения законов функционирования объекта (его ноосфера); теоретического осмысления и обоснования реализации законов; практической реализации (эксперимента); анализа достоверности полученных знаний (законов). Для того, чтобы создавать информационно-энергетические модели среды жизнедеятельности, человечество создало следующие подсистемы формирования знаний:

Подсистема 1. Построение законов, где создаются знания о человеке и обществе (по существу, идеология).

Подсистема 2. Теоретическое осмысление законов, где формируются теоретические знания, что обеспечивает научное осмысление законов и их применение.

Подсистема 3. Внедрение, проверка полученных знаний в среде жизнедеятельности.

Подсистема 4. Анализ (контроль) результатов апробации знаний, их достоверности, согласно структуре биосферы как системы (рис. 2.7).

«Исходные» духовные посылки о неприкосновенности биосферы были аннулированы в процессе деградации подсистемы (1) с участием великих мыслителей. Но итоги принятых решений им были не ясны с позиции сегодняшней цивилизации, ее достижений в области познания природы и использования в своих целях. Таким образом, в рамках человечества и отдельной нации в обратной связи должен лежать не только достаток, обеспеченный подсистемой (3), но и состояние биосферы, а именно ее энергетика Ебс и цена затрат Еч. Все это позволяет оценить научные нововведения для достижения благ человеком. Два основных индикатора – энергетики Ебс и Еч – есть функции параметров-индикаторов состояния биосферы, обозначим их x = (x1, …, xn), и человека z = (z1, z2, …, zm), когда имеет место Ебс = Ебс(x1, x2, …, xn), Еч = Еч(z1, z2, …, zm). Знания о биосфере, необходимые для решения проблем безопасности и устойчивости развития, включают в себя, кроме достоверных, также и ошибочные знания, в том числе и наши незнания, неспособность грамотно прогнозировать последствия [43]. Объекты, созданные на базе ошибочных знаний, несут потери в биосферу, эгосферу, которые связаны между собой в силу их единства. При этом возникающие изменения в биосфере оказывают влияние на эгосферу. Рассматриваемые системы существуют, даже если осталась (не деградировала духовно) только одна система, как, например, протестантизм. И тогда христианство как система существует и восстанавливает сама себя.