2. Жизнь: вчера, сегодня, завтра

Если рассмотреть влияние жизни не геологические процессы, то в самом обобщенном виде в современном естествознании выделяют следующие этапы.

ЭТАП 1. (Примерно 4,6 млрд. лет назад). Земля безжизненна. Средняя температура океана около 80^О С. Атмосфера состоит из метана, аммиака, углекислого газа.

ЭТАП 2. В первичном растворе различных веществ (в литературе обычно используют понятия “суп”, “бульон” подчеркивая, что вещество “варилось” в нем постоянно и неотвратимо) под влиянием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов возникли первые сгустки живой материи - белки, нуклеиновые кислоты... Считается, что ультрафиолетовые лучи не годятся для сохранения жизни, так как они вызывают ионизацию или по другому рвут химические связи. В связи с тем, что считается древняя атмосфера была прозрачна для ультрафиолетовых лучей, первые зачатки жизни, скорее всего “прятались” в глубине океана под защитой водной толщи.

ЭТАП 3. Наиболее простые существа - бактерии. Их энергетические потребности (каждой особи в отдельности) крайне малы, они могут “кормиться” наиболее бедными энергией инфракрасными лучами. Жизнь (в современных воззрениях) покоится на комбинации атомов углерода, кислорода и водорода (в основном - это не значит, что другие элементы не играют значительную роль). Бактерии научились формировать углеводы (химические соединения, входящих в состав всех живых существ) из углекислого газа (источник углерода и кислорода) и сероводорода или ему подобных веществ, поставляющих необходимый водород. Цветные серые бактерии доминирующие в то время, бешено размножаясь, быстро израсходовали запасы веществ, служащих поставщиками водорода. Наступил кризис. Развитие жизни, казалось, зашло в тупик.

ЭТАП 4. Возникли и стали прогрессировать сине-зеленые морские водоросли (около 3 миллиардов лет назад). Живя в океане эти простейшие сумели использовать в качестве источника водорода воду. Фотосинтез с участием воды требует 115 килокалорий энергии, т.е. в 7 раз больше, чем в реакции с сероводородом. Бактериям в начале возникновения жизни было достаточно одного красного кванта света, чтобы запустить механизм фотосинтеза (необходимо помнить, что температура океана в то время была гораздо выше). Но вода, очень прочное химическое соединение. Разделить водород и кислород требует больших энергетических затрат. Сине-зеленые водоросли успешно справились с этим. Они научились использовать последовательно два кванта света: сначала красный фотон, а затем более энергоемкий - синий. Подробности этого сложного процесса еще не очень ясен и 21 век должен принести долгожданное открытие, которое будет таким же эпохальным как и открытие ДНК.

ЭТАП 5. Вода нужна было первым фотосинтетикам лишь как поставщик атомов (точнее ионов) водорода. Кислород как побочный продукт, выделялся в атмосферу. Это привело к радикальному изменению состояния в кругообороте химических веществ, что в свою очередь изменило жизнь на земле. В тоже время необходимо помнить, что температура Земли за два с половиной миллиарда лет снизилась на несколько десятков градусов. В кислородной атмосфере возник слой озона, поглощавший практически всю ультрафиолетовую часть солнечного излучения. Под защитой озона живые организмы, прежде обитающие только в океане, начали завоевание суши.

ЭТАП 6. В обновленной атмосфере все существа должны были найти пути борьбы с возрастающим количеством агрессивнейшего, все сжигающего на своем пути вещества - молекулярного кислорода. Вновь жизнь зашла в тупик. Но на новый вызов последовал ответ. Появились организмы, способные использовать кислород для производства нужной им энергии. Собственно, в том и состоит суть дыхания, которое одинаково у всех дышащих на Земле существ. Растения из углекислого газа и воды (энергию для этого процесса дает свет) создают углеводы. Животные и человек в процессе дыхания окисляют углеводы (добытые растениями) вновь до углекислого газа и воды.

ЭТАП 7. Охлаждение Земли в результате появления такой сложно организованной системы резко замедлилось. Везде, где можно, планета подставляет Солнцу комочки, пластинки или пласты зеленого пигмента растений. Этот краситель (хлорофилл) жадно поглощает свет (в других - физико-кибернетических понятиях - энергию). Из года в год, из века в век изливает Солнце на Землю 4-5 х 10¹³ больших калорий каждую секунду. Именно эту энергию поглощают растения замедляя тем самым процессы теплообмена. Растение - это сложная синергетическая система и его реакции на окружающий мир довольно прихотливы. Там например половина солнечного спектра бесполезна для растений, потому что их пигменты поглощают лучи только определенной длины волны. На свету растения усиленно дышат, и на фотодыхание они тратят примерно половину всей запасаемой энергии. Правда существуют кукуруза, сахарный тростник, сорго-тропические злаки, у которых расточительное фотодыхание отсутствует. Но таких растений меньшинство. Специфично отношение растений к интенсивности света. При малой интенсивности света продуктивность растений низка, но при увеличении интенсивности света выше порогового, процесс фотосинтеза замирает, хлоропласты (эти ответственные за фотосинтез органеллы) буквально прячутся от яркого света за “ширму” клеточных мембран. Все это приводит к низкому КПД растений и сегодняшнее естествознание не имеет подходов к его увеличению. А это в свою очередь не позволяет замедлить остывание Земли до таких скоростей, чтобы сохранить жизнь на ее родительнице еще несколько миллиардов лет. По различным источникам, если ничего не изменится на Земле радикально, остывание достигнет критических величин либо через несколько десятков тысяч лет (пессимистический прогноз) либо через несколько миллионов лет - по-видимому, максимально возможный срок - 300-400 миллионов лет (оптимистический прогноз). Но в любом случае жизнь рано или поздно должна погибнуть. Кажется, что вновь развитие жизни зашло в тупик. Новый кризис неизбежен. И в этот кризисный момент появился человек.

ЭТАП 8. Будущее развития Биосферы и в тоже время Человечества напрямую зависит от того, что предпримет Человек в своем дальнейшем “поглощении пространства и всего живого на нем”.

Первая и наиболее важная проблема,которую прийдется решать человечеству в 21 столетии исходя из законов развития биосферы это проблема сохранения генофонда. “Сохранить генофонд - значит сохранить все богатство окружающего и растительного мира”. (У.К.Алекперов). Передовые умы, исследователи всегда стремились в той или иной мере, в том или ином виде к сохранению генофонда созданного биосферой. Это стремление отражено в различных легендах, например, о всемирном потопе:спасаясь от гибели Ной предусмотрительно взял в свой ковчег “каждой твари по паре”, а не только свою семью. По существу, говоря языком современной науки - Ной обладал высокой экологической культурой и точно выполнил мобилизационный принцип охраны генофонда. Этот принцип используется и сегодня - виды исчезающие или уже не встречающиеся более в природе, в единичных экземплярах сохраняются и воспроизводятся в ботанических садах и зоопарках, в охраняемых природных зонах.

Современные проблемы охраны генофонда связаны не только с исчезновением (искусственном или естественном) видов микробов, грибов, растений и животных. В результате антропогенного воздействия и входе эволюции возникают новые факторы (причины, влияние и т.д.), которые вызывают изменения, в том числе и мутации в наследственном аппарате.

Необходимое замечание. Факторы влияющие на процессы мутации называют мутагенными.

Роль, значимость, тех или иных мутагенных факторов определяется конкретной экологической обстановкой и спецификой биологического вида. Замечено, что мутации чаще встречаются у растений и животных в районах с повышенной естественной и искусственной радиоактивностью, у рабочих и служащих занятых в определенных отраслях перерабатывающей, металлургической и химической промышленностью, у тех, кто постоянно имеет дело с пестицидами, некоторыми медикаментами и т.п. Мутагены многочисленны и разнородны.

Необходимое замечание. Сопротивляемость каждого организма индивидуальна и варьируется в очень широких пределах, например, в зависимости от возраста, технического состояния, системы питания, нации, пола.

Необходимое замечание. Должно совпасть много разнородных факторов, чтобы мутационный процесс перешел пороговое значение. Поэтому подавляющее большинство людей рождается и живет нормально.

В настоящее время, как правило, выделяют три подхода к решению проблемы борьбы с генетическими последствиями антропогенного воздействия:

Технологический. Технологический подход базируется на применении так называемых безотходных технологиях, которые строятся на замкнутых циклах всего производства, так чтобы опасные вещества не выходили в окружающую среду и чтобы исходное сырье и конечная продукция не были вредными для генетического аппарата.

Необходимое замечание. В последнее десятилетие список требований к экологически чистым технологиям ужесточился.

КОМПОНЕНТНЫЙ. Компонентный подход предполагает тщательный анализ антропогенных воздействий и уже имеющихся в биосфере, с точки зрения их генетической опасности. Те, которые из них (порознь или в какой-либо совокупности) признаются опасными, должны быть заменены безопасными.

Необходимое замечание. Оба подхода являются наиболее радикальными и для своего осуществления требуют наличия определенного научно-технического и производственного потенциала.

Необходимое замечание. “Узнавание” мутагенов по компонентному подходу требует дорогостоящих, длительных и сложных исследований, масса из которых до настоящего времени не дает однозначно достоверных результатов. Несмотря на широкое развитие во всем мире этих исследований к концу 20-го столетия исследовано менее одного процента имеющихся в биосфере химических соединений. В их числе обнаружены сотни мутагенов, с которыми человек сталкивается в той или иной мере.

Необходимое замечание. Известно мутагенное воздействие пестицидов. Но отказаться от них Человечество в конце 20-го и первой четверти 21-го веков не может.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ. Компенсационный подход исходит из повышения устойчивости всей иммунной системы, охраняющей генетический аппарат, способности приспосабливаться к новым экологическим условиям. В ближайшее время (по крайней мере два века еще, как минимум) человек будет сталкиваться с факторами антропогенного характера. Мины, заложенные в 19 и 20-ом веках, будут взрываться еще долго, унося из жизни и вызывая экстремальные ситуации.

Сейчас все более и более “становится на ноги” направление по управлению мутациями. Впервые факт изменения мутационных процессов был обнаружен в начале 50-х годов. Тогда ученые установили, что добавление определенных веществ в среду для выращивания бактерий снижает количество спонтанных (естественных) мутаций на 60-70 процентов.

Необходимое замечание. Явление ослабления мутационных процессов называют антимутагинезом, а вещества, вызывающие этот эффект - антимутагенами.

Таким образом, хотим мы того или нет, но жизнь на Земле вручена в наши умные (не дай бог нет) руки и наша миссия сохранить то, что накоплено миллиардами лет до нас. Нести, не расплескивая эту гигантскую по тяжести чашу, и при этом не спотыкаясь от гордыни, невероятно трудно - но другого не дано.