Рекомендации:
      Мастерская носит мировоззренческий этический характер. Педагогическая задача — привести учеников от взгляда на человечество к взгляду на себя, осознать свои внутренние кризисы, принять решение об изменении чего-либо в своей жизни, к необходимости размышлять и прогнозировать свое поведение.
      Задачи: предоставить возможность для
      • вживания в понятия «кризис» и «экологический кризис»;
      • осознания места человека и человечества в биосфере и роли в ее сохранении;
      • знакомства с современными идеями ученых-экологов о развитии биосферы и человечества.
      Расположение учащихся: сначала — фронтальное, затем — по группам (согласно выбору слов в первом задании).
      Оборудование: геохронологическая таблица (из любого учебника «Общая биология»).

Алгоритм мастерской

      1. Индивидуально
      • Выберите одно слово из четырех предложенных: исход, поворот, решение, суд. Осип Мандельштам считал, что «слово — это точка, из которой в разные стороны торчат смыслы». Сделайте из выбранного слова «ежика», из которого во все стороны «торчат смыслы».
      2. Объединитесь в группы по выбранным словам.
      3. В группе
      • Сделайте своего «ежика» «колючим»; придумайте и сыграйте сценку, которая отражала бы выбранное вами слово, его смысл.
      4. Межгрупповая социализация сцен. Задание зрителям: нарисуйте график происходящего в сценке; того, что вы обнаружите в представленных сценах.
      5. Социализация графиков на доске.

      Примечание. Доска разделена на четыре столбика. В нижней части каждого столбика выполняются зрительские графики, в верхней его части — график, сделанный группой — автором сценки. Он выполняется после зрительских работ.

      6. Индивидуально
      • Напишите в тетради слово «кризис». Как вы его понимаете? Что вы видите за этим словом? Напишите нужные слова.
      7. Фронтальная социализация (запись на доске).
      8. В группе
      • Выразите в виде графика историю развития биосферы, пользуясь научной информацией (то, что в скобках).

      Примечание. В случае затруднения можно предложить использовать любой способ выражения идеи (выдан лист бумаги) — схему, символ, рисунок, текст, план (тексты: протерозойский, пермский, меловой кризисы биосферы, климатическая система, летопись и т. п.).

      9. Социализация сделанного (афиширование).
      10. В группе
      • Дайте характеристику современного экологического кризиса, пользуясь общим планом описания исторических кризисов биосферы (пермский и т. д.);
      • Найдите особенности современного экологического кризиса, существенно отличающие его от предыдущих.
      11. Социализация.
      12. В группе
      • Дайте определение понятию «экологический кризис», используя все наработанные материалы (выдается лист бумаги).
      13. Социализация определений (озвучивание и вывешивание). Сверка с образцом.
      14. Индивидуально
      • Выберите одну фразу из предложенных (предъявляются на плакате, на доске, на экране и т. п.):
      Человек — непослушное дитя биосферы.
      Человек — лидер эволюционного процесса на земле.
      Человек — надежда биосферы.
      Человек — тупиковая ветвь эволюции.
      Человек — хранитель биосферы.
      Человек — материал для производства киборгов.
      Человек — закономерный этап развития биосферы.
      15. Объединение в группы по одинаковым фразам.
      16. В группе
      • Дайте обоснование своему выбору (выдается лист бумаги). Найдите подтверждение своему обоснованию в законах эволюции биосферы и Библии. В тетради напишите заголовок «Роль (функции) человека в биосфере». Разделите страницу пополам. В левой половине напишите роль, функцию, предназначение человека, каким вы его найдете в текстах из Библии, в правой половине — то же самое с текстами различных ученых (В. И. Вернадский, Н. В. Тимофеев-Ресовский, Н. Н. Моисеев, В. А. Зубаков, А. Швейцер, А. Печчеи) (см. в информационных материалах).
      17. Социализация обоснований выбора
      18. В группе
      • Сделайте ваш прогноз: как будет развиваться дальше биосфера Земли, когда современный экологический кризис будет преодолен.
      19. Социализация прогнозов. Прочитайте тексты «Средообразующая и средорегулирующая роль человечества и отдаленное будущее биосферы» и «Выход из тупика» (по Н. В. Тимофееву-Ресовскому) (см. информационные материалы, с. 169—170; 175—176).
      20. Рефлексия
      • О чем я задумался сегодня?
      • Мое главное замешательство в этой мастерской.
      • Мое решение или поворот в этой мастерской и как я к нему пришел(а).

Информационные материалы

      Кризис экологический (греч. krizis — решение, поворотный пункт, исход, суд) — ситуация, возникающая в экологических системах (биогеоценозах) в результате нарушения равновесия под воздействием стихийных природных явлений (наводнений, извержений вулканов, засухи, ураганов, смерчей, лесных пожаров, землетрясений и т. п.) или в результате воздействия антропогенных факторов (загрязнение человеком атмосферы, гидросферы, почвы, разрушение естественных экосистем, природных комплексов, лесные пожары, зарегулирование рек, вырубка лесов и др.); напряженное состояние взаимоотношений между человеком и природой, характеризующееся несоответствием производительных сил и производственных отношений, с одной стороны, и ресурсно-экологических возможностей биосферы — с другой.¹

Библия. Ветхий Завет

Бытие, гл. 1

      29. И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя: вам сие будет в пищу.
      30. А всем зверям земным, и всем птицам небесным, и всякому пресмыкающемуся по земле, в котором душа живая, дал Я всю зелень травную в пищу. И стало так.

Бытие, гл. 2

      15. И взял Господь Бог человека, и поселил его в саду Эдемском, чтобы возделывать его и хранить его.
      19. Господь Бог образовал из земли всех животных полевых и всех птиц небесных, и привел к человеку, чтобы видеть, как он назовет их, и чтобы, как наречет человек всякую душу живую, так и было имя ей.

Бытие, гл. 1

      26. И сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему, по подобию Нашему, и да владычествуют они над рыбами морскими, и над птицами небесными, и над скотом, и над всею землею, и над всеми гадами, пресмыкающимися по земле.
      27. И сотворил Бог человека по образу Своему, по образу Божию сотворил его; мужчину и женщину сотворил их.
      28. И благословил их Бог, и сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над рыбами морскими, и над птицами небесными, и над всяким животным, пресмыкающимся по земле.

Бытие, гл. 9

      1. И благословил Бог Ноя и сынов его и сказал им: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю.
      2. Да страшатся и да трепещут вас все звери земные, и все птицы небесные, все, что движется на земле, и все рыбы морские; в ваши руки отданы они.

Семь основных законов эволюции живого вещества в биосфере (по Г. В. Войткевич, В. А. Вронскому)

      Закон «всюдности жизни» (В. И. Вернадский). В ходе геологического времени происходит увеличение массы живого вещества. Жизнь, зародившись в морском прибрежье, существенно расширила пространство своего обитания, проникнув в глубины океанов, а затем выйдя на поверхность континентов. Развитие жизни на суше привело к возникновению летающих форм живых организмов, охвативших атмосферу планеты.
      Закон необратимости эволюционных процессов (Луи Долло). Эволюционные процессы необратимы. Организм не может вернуться хотя бы частично к предшествующему состоянию, которое было осуществлено в ряду его предков.
      Закон ускорения темпов эволюции. В течение геологического времени происходило ускорение биологической эволюции. Наблюдается закономерное сокращение времени геологических эр по направлению к современной эпохе (так, палеозойская эра длилась 340 млн лет, мезозойская — 170 млн лет, кайнозойская — 60 млн лет), что отражает ускорение темпов эволюции, поскольку между началом и концом каждой эры наступали кардинальные изменения в составе фауны и флоры.
      Закон неравномерности эволюционного развития. Эволюция отдельных групп организмов протекала с разной скоростью. Существуют консервативные группы, практически не изменившиеся в ходе геологического времени. Наиболее консервативными оказались некоторые бактерии, по существу, не изменившиеся со времени раннего докембрия. К «живым ископаемым» (термин Ч. Дарвина) относятся древовидные папоротники, головоногий моллюск наутилус, мечехвост, кистеперая рыба латимерия. Консервативные формы составляют небольшую часть известных организмов.
      Закон увеличения разнообразия организмов. В ходе эволюции биосферы количество видов организмов возрастало по экспоненте и достигло современного значения, которое оценивается разными учеными от 5 до 10 млн видов.
      Закон цефализации (Джеймс Дáна). У животных в ходе геологического времени происходит непрерывное направленное изменение нервной системы. Цефализация — процесс прогрессивного развития головного мозга. Цефализация особенно четко наблюдается в ряду позвоночных животных от рыб до человека.
      Закон скачкообразного характера эволюции. На фоне общей тенденции ускорения эволюции наблюдались отдельные эпохи повышенного видообразования. Промежутки между этими эпохами характеризовались затуханием видообразования и вымиранием организмов.

Климатическая система

      Климат — многолетний режим погоды, характерный для определенной местности.
      Климат определяется взаимодействием атмосферы, океана, суши (верхняя часть литосферы), снежно-ледникового покрова (криосферы), биосферы. Таким образом, климат представляет систему, состоящую из этих частей.
      Изменения климатической системы происходят под действием внешних и внутренних причин.

Внешние причины

      А. Астрономические причины, приводящие к медленным (млн и тыс. лет) изменениям климата:
      • изменение светимости солнца;
      • изменение наклона земной оси (период около 40 тыс. лет);
      • изменения формы земной орбиты (период около 92 тыс. лет).
      Каждое из этих изменений приводит к колебаниям потока солнечной радиации, что сказывается на среднегодовой температуре поверхности Земли.
      Изменение формы орбиты — одна из непосредственных причин оледенения. Так, в периоды, когда орбита была близка к окружности, получали развитие ледниковые эпохи, а когда форма орбиты приближалась к эллиптической, область оледенения сужалась до полярных шапок.
      Б. Астрономические причины, вызывающие быстрые изменения климата: столкновение Земли с крупными метеоритами или астероидами. При падении крупного астероида или метеорита (5—10 км в диаметре) в воздух должно подняться громадное облако пыли, поглощающее солнечный свет, что приводит к резкому снижению приземной температуры и быстрому похолоданию. Так, на полуострове Юкатан в 1992 г. обнаружен огромный подземный кратер диаметром в 180 км. Он образовался в то время, когда вымерли динозавры (65 млн лет назад).

Внутренние (географические) причины

      А. Изменение состава атмосферы. На изменение климата влияет содержание парниковых газов в атмосфере: водяных паров, двуокиси углерода, метана и др. Эти газы (особенно СО₂) задерживают длинноволновые излучения Земли и тем самым способствуют разогреванию нижних слоев атмосферы. Главным источником СО₂ являются действующие вулканы. В эпохи с интенсивным вулканизмом климат становился значительно теплее. СО₂ связывается в фитомассу растений в процессе фотосинтеза, а затем после отмирания растений накапливается в осадочных породах. Бурное развитие растительности, таким образом, способствует снижению концентрации СО₂ в атмосфере, уменьшению парникового эффекта и, по мнению ряда ученых, служит одной из причин последующих оледенений.
      Б. Изменение альбедо² земной поверхности.

Альбедо некоторых поверхностей Земли

      Чем больше величина альбедо (т. е. чем больше энергии солнца отражается), тем ниже температура земной поверхности. Наибольшее альбедо характерно для льдов и снегов (криосферы), наименьшее — для поверхности морей, лесов, степей. Среднее альбедо Земли (а значит, и средняя температура) в целом зависит от того, какая часть ее поверхности занята водой, снегами, льдами, растительностью, т. е. среднегодовая температура Земли зависит от соотношения суши и океана, ледников и лесов.
      В. Изменение расположения материков. Когда все континенты были сосредоточены в районе экватора, а водная масса — у полюсов, контрасты температур экватор — полюс были невелики (так как к экватору приходит много энергии, но большая часть отражается, а к полюсам — мало, но почти вся поглощается). В такие периоды климат был теплым и мягким.
      Когда материки смещались к полюсам, это приводило к охлаждению полярных районов, в результате чего возникали оледенения. Именно так случилось с Антарктидой, которая, как только сместилась в район полюса, сразу стала покрываться ледниковым панцирем, возникновение которого увеличило среднее альбедо планеты и способствовало снижению ее средней температуры.
      Г. Изменение соотношения моря и суши. В эпохи, когда море наступало на сушу (при таянии ледовых шапок, раздвигании материковых плит и погружении их), климат становился мягче и теплее. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды (вода способна прогреваться на большую толщу и медленно остывать) и низкими альбедо океанической поверхности.
      Д. Изменение рельефа. Крупные горные цепи (типа Анд, Кордильер, Кавказа) изолируют внутренние районы континентов от влияния морских воздушных масс, несущих влагу. Климат континентов, окруженных горами, — сухой.
      Е. Резкие сверхмощные извержения вулканов. Если извержения вулканов со средней интенсивностью приводят к потеплению климата, то одиночные сверхмощные извержения вулканов-гигантов (типа Санторина и Кракатау) приводят к климатическим катастрофам. В воздух выбрасывается огромное количество сажи, копоти, аэрозолей, которые замутняют атмосферу, препятствуют проникновению солнечных лучей к земной поверхности. Среднегодовая температура Земли при этом может снижаться на 10—15 градусов.

Средообразующая и средорегулирующая роль человечества и отдаленное будущее биосферы

      Российский ученый М. И. Будыко считает, что при отсутствии хозяйственной деятельности человека через несколько миллионов лет концентрация СО₂ — одного из главных парниковых газов — достигнет критически низкой отметки, и биосферу ожидает новое мощное оледенение. Климат планеты в значительной степени определяется количеством солнечной радиации, поступившей к поверхности Земли. Будущие изменения положения поверхности Земли по отношению к Солнцу могут быть рассчитаны со значительной точностью.
      Из данных расчетов следует, что примерно через 5 тыс. лет (в дальнейшем с интервалом в десятки тысяч лет) в области «критических широт» (близких к полярным) должны возникнуть заметные понижения уровня радиации, которые могут привести к наступлению новых ледниковых эпох. Вся планета может покрыться ледяным панцирем.
      И если уровень вулканической активности будет низким, то эпоха «белой Земли» будет чрезвычайно долгой (тем более что выделяющийся при вулканизме СО₂ может замерзать на поверхности планеты). Такой планетой является спутник Юпитера — Европа. В кайнозое на протяжении многих миллионов лет преобладает тенденция к уменьшению содержания СО₂ в связи со снижением вулканической деятельности. Углекислый газ атмосферы интенсивно (в процессе фотосинтеза) захватывается растениями, связывается в биомассе живого вещества и выводится из биотического круговорота в виде осадочных горных пород (торф, известняк, уголь).
      Сегодня человечество в результате развития промышленности, сельского хозяйства, транспорта выделяет углекислый газ в два раза интенсивнее, чем действующие вулканы, т. е. человечество выполняет газовую функцию, действуя как новая геологическая сила.
      Непреднамеренное увеличение концентрации парникового газа СО₂ в результате хозяйственной деятельности человечества является своеобразным компенсирующим механизмом биосферы, снижающим возможность наступления новых ледниковых эпох.
      Сознательное создание ноосферы означает создание системы контроля и регуляции климата планеты, в том числе и создание системы защиты от метеоритов и астероидов, что значительно повысит устойчивость биосферы и увеличит время ее существования.

Основы экологического мировоззрения

      «Мы живем в доме, имя которому биосфера. Но она, в свою очередь, является малой частицей великого мироздания. Наш дом лишь ничтожный уголок необъятного космоса. И человек обязан чувствовать себя частицей этой необъятной Вселенной. Он должен знать, что возник не в силу чьей-то потусторонней воли, а в результате развития биосферы, и как апофеоз этого развития — он обрел разум, получив вместе с ним способность предвидеть результат своих действий и влиять на события, которые происходят вокруг, а значит, и на то, что происходит во Вселенной».

(Н. Н. Моисеев)

Протерозойский кризис

      Первые живые существа, составлявшие первичную биосферу Земли 4—5 млрд лет назад, были одноклеточными прокариотами, приспособившимися к обитанию в восстановительной, бескислородной атмосфере. Организмы, подобные современным бактериям, добывали необходимую для жизни энергию как хемосинтетики — химически извлекали углерод из метана, а также из окиси и двуокиси углерода, растворенных в воде. Из сероводорода и прочих содержащих его элементов они извлекали водород. Подобные бактерии в наше время встречаются вокруг горячих минеральных источников и действующих вулканов. Поскольку атмосфера Земли не имела защитного озонового экрана, живые существа обитали, по-видимому, только в водоемах.
      Затем, 3,5—3,8 млрд лет назад, появляются фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии). Отныне живые организмы перестают быть привязанными к местам с особо энергоемкими веществами: вода и солнечный свет оказались гораздо более доступными источниками энергии.
      Фотосинтетики обитали там, где было достаточно мелко для того, чтобы до них доходил солнечный свет, и в то же время достаточно глубоко, чтобы предохранять их от губительного воздействия ультрафиолетового излучения. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород, и мало-помалу состав газов морей и атмосферы начал изменяться. Многим живым организмам докембрия это не принесло ничего хорошего: это было равносильно грандиозному атмосферному загрязнению, так как для многих прокариот-анаэробов кислород оказался смертельным ядом. Многие виды исчезли с лица Земли — это было первое великое вымирание в ее истории. Новые же организмы освоили аэробный, более экономичный тип дыхания, приводящий к усилению метаболизма.
      Появляются организмы с новым типом питания — хищничеством. Возникает половое размножение. Около миллиарда лет назад появляются первые многоклеточные организмы.
      Концентрация кислорода в атмосфере продолжает возрастать — образуется озоновый экран — создается предпосылка для распространения организмов в наземные биотопы. И все эти изменения в биосфере появились благодаря организмам-фотосинтетикам!
      Остатки древних прокариот представлены в недрах в виде протерозойских нефти, газа, графитов.

Биогеохимические законы В. И. Вернадского

Первый биогеохимический закон

      «Биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению».
      Анализ геологических данных показывает, что распространение жизни, живых существ («давление жизни») неуклонно нарастает. Живые организмы способны занимать самые различные экологические ниши, сохраняться в самых неблагоприятных условиях (в горячих и серных источниках, на дне океанов, на ледниках). Это дало основания говорить о «всюдности» жизни.

Второй биохимический закон

      «Эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, должна идти в направлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере».
      Согласно этому правилу в биосфере право на жизнь получают только виды, необходимые ей для определенных функций и усиления тем самым биогенной миграции химических элементов.
      В свете этого закона формирование нового вида — Homo sapiens, качественно отличающегося от всех ранее существовавших, является объективной закономерностью развития биосферы.

Пермский кризис

      Возможно, самое грандиозное массовое вымирание огромного количества видов животных и растений было около 250 млн лет назад, в конце пермского периода. Тогда с лица Земли исчезло от 76 до 96% населявших ее видов — около 200 из 400 известных семейств. Особенно пострадали виды, обитавшие на мелководье, их вымерло свыше 90%. Вымирают древние кораллы, трилобиты, им на смену приходят современные рифообразующие кораллы и двустворчатые моллюски.
      Для этого периода характерны резкие контрасты и изменения климата и рельефа. Извергались вулканы, воздвигались новые горы (Урал, Аппалачи). На Земле существовало два суперматерика: северный — Лавразия и южный — Гондвана, между которыми располагалось море Тетис.
      В Лавразии господствовал пустынный климат, в южном полушарии на сушу надвигались ледники. Видимо, причина похолодания климата в пермском периоде крылась в том, что сократилась площадь моря, а, по мнению ряда ученых, похолодание обусловлено процессами в самой биосфере — пышная каменноугольная растительность истратила на фотосинтез большое количество CO₂. В атмосфере с пониженным содержанием углекислого газа и паров воды не возникало парникового эффекта, в результате чего Земля теряла тепло в космическое пространство. Похолодание было серьезным испытанием для растений и животных, а многие виды, не выдержав его, навсегда исчезли. Образуются огромные массы осадочных пород, огромное количество химических элементов выпадает из биологического круговорота. На место каменноугольных лесов из плаунов, хвощей, папоротников (высших споровых растений) пришли более приспособленные к сухому и холодному климату леса из хвойных растений (тисс, пихта, кипарис, секвойя). Вымирают крупные земноводные. Уцелели рептилии, которых защищала плотная кожа.

Меловой кризис

      В конце мелового периода (65 млн лет назад) природа опустила занавес, закончился еще один акт великой драмы жизни. Все динозавры, птерозавры, все необыкновенные морские ящеры, а также многие другие животные и растения суши и моря были стерты с лица Земли. Великолепие мира пресмыкающихся, существовавшее на протяжении 150 млн лет, неожиданно исчезло. Это исчезновение было очень резким, горные породы верхнего мела переполнены ископаемыми остатками различных видов этих удивительных созданий, а залегающие чуть выше породы немы. Почему?
      Для объяснения бурного вымирания биоты мела выдвигаются несколько гипотез. Первая группа причин — внешние, космические:
      • взрыв звезды в Галактике где-то недалеко от нас; в результате Землю залили потоки смертоносной радиации, сгубившей живое;
      • падение на Землю астероида или огромного метеорита диаметром до 15 км. В результате страшной силы удара он мог рассыпаться и частично испариться, образовав облака пыли и газа, которые на несколько месяцев затмили солнце, и на Земле наступила ночь;
      • прохождение Земли через плотный рой комет.
      Однако палеонтологи в один голос утверждают, что вымирание динозавров было постепенным и длилось несколько миллионов и даже десятков миллионов лет.
      Поэтому выдвигаются гипотезы, связанные с внутренними признаками, т. е. с изменениями, характерными для самой планеты:
      • изменение расположения материков вследствие их движения;
      • изменение угла наклона земной орбиты;
      • изменение уровня моря, приведшее к похолоданию климата. Как следствие, произошли кардинальные изменения внутри экологической системы биосферы: 95—105 млн лет назад (т. е. накануне вымирания динозавров), в середине мелового периода, в большом количестве появились цветковые (покрытосеменные) растения;
      • одновременно с этим вымирание большинства ранее многочисленных беннетитовых и саговников;
      • пик вымирания в этот же период многих семейств насекомых и обновление их фауны — прямое следствие изменений в составе растительности (насекомые через опыление, питание, создаваемый растениями микроклимат напрямую зависят от флоры).
      Более того, обладая иным, чем у доминирующих ранее групп растений, метаболизмом, покрытосеменные должны были изменить химический состав среды своего обитания и сделать ее непригодной для жизни многих организмов, с которыми они прямо не конкурировали. Возможно, именно изменение химизма среды ускорило вымирание и ящеров, и множества беспозвоночных животных, таких как аммониты и белемниты.
      Покрытосеменные обусловили предпосылки для создания новых сообществ, формировавшихся из остатков прежней фауны. Сильные изменения испытывают группы мелких рептилий — ящерицы, черепахи, крокодилы. В мелу появляются змеи. Место птеродактилей заняли птицы.
      Кризис не коснулся мелких, покрытых мехом млекопитающих, которые на протяжении 150 тыс. лет незаметно шлепали под ногами у великих динозавров. Млекопитающие смогли со временем развиться, вырасти и вступить во владение миром, который оставили динозавры.
      «Век динозавров» закончился. Начался «век млекопитающих».

Проблема автотрофности человечества (по В. И. Вернадскому)

      Своим происхождением и благодаря питанию человек неразрывно связан с живым веществом биосферы, с совокупностью организмов, одновременно с ним существующих и существовавших до него.
      В настоящее время основным фактом жизни является неизбежность поддерживать существование и неприкосновенность своего тела только усвоением других организмов (растений — продуцентов и животных — консументов) или продуктов их жизнедеятельности. Человек, таким образом, — животное гетеротрофное.
      Однако существование человека на нашей планете резко отличается от существования всех других организмов.
      Разум, его отличающий, придает живому веществу удивительные черты, глубоко изменяет его действие на окружающую среду. Научная мысль человечества стала новой геологической силой, определяющей эволюцию биосферы.
      Открытие земледелия, сделанное более чем за 600 поколений до нас, решило все будущее человечества. Изменяя жизнь автотрофных растений, человек овладел всем живым веществом планеты. Благодаря земледелию он обезопасил свое существование.
      Однако при современной социальной организации по-прежнему существование большинства людей на Земле является необеспеченным: проблема голода все еще стоит перед человечеством. Для преодоления ресурсного кризиса, по мнению Вернадского, необходимо решить социальные проблемы: добиться прежде всего справедливого распределения; найти новые источники энергии и изменить форму питания человечества. Изменение формы питания благодаря непосредственному синтезу пищи, без посредничества организованных существ (как только он будет открыт), коренным образом изменит будущее человечества.
      Что означал бы подобный синтез пищи в жизни людей и в жизни биосферы? Из существа социально гетеротрофного человек превратился бы в существо социально автотрофное. Это означало бы, что единое целое — жизнь — вновь разделилось, появилось третье, независимое ее ответвление. На земной коре появилось бы автотрофное позвоночное животное. Автотрофность — основа новой морали.

Автотрофность человечества: от утопии к реальности

      Не прекращается научный поиск, связанный с решением проблемы искусственного фотосинтеза. Ученые считают, что появление первых работающих фотосинтетических установок возможно уже в первом десятилетии XXI в.
      Неудачно закончились промышленные эксперименты по производству искусственного белка из нефти и нефтепродуктов. Производственный процесс оказался дорогостоящим, а отходы производства — высокотоксичными. Население городов, где расположены заводы по производству искусственных белков, страдает от всевозможных видов аллергии, астмы и прочих заболеваний, связанных с выбросом в атмосферу большого количества белковой пыли, не улавливаемой никакими фильтрами.
      Значительное количество органического вещества, идущего на нужды пищевой индустрии и сельского хозяйства, сегодня производится в промышленных установках по выращиванию одноклеточной зеленой водоросли хлореллы. Такие установки работают в ряде стран: Японии, США, Израиле.

Выход из тупика (по Н. В. Тимофееву-Ресовскому)

      Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900—1981) — выдающийся русский генетик, эволюционист, первый в России сформулировал проблему взаимоотношений биосферы и человечества.
      Для того чтобы ответить на вопрос, сколько человек может прокормить наша планета, необходимо представить себе, как устроена и функционирует биосфера. Биосфера имеет энергетический вход в виде солнечной энергии. Растения-автотрофы с помощью этой энергии синтезируют огромное количество органического вещества, поступающего в большой биосферный круговорот вещества планеты, в котором принимают участие все живые организмы.
      Живые организмы не образуют идеально замкнутого круговорота, из него есть выход — в почву, на дно водоемов, в водные растворы, в осадочные горные породы.
      Проблему повышения продуктивности биосферы надо рассматривать по трем основным пунктам — что мы можем сделать:
      1) на энергетическом входе;
      2) в биологическом круговороте биосферы;
      3) на выходе из биологического круговорота в геологический.
      1. На энергетическом входе.
      Из всей падающей на Землю солнечной энергии лишь определенный процент поглощается зелеными растениями. Из поглощенной растениями энергии только часть идет на фотосинтез, следовательно, как и в живой природе, можно говорить о КПД фотосинтеза. Он составляет около 2—8%. Уже на входе в биосферный круговорот человечество может повысить производительность биосферы:
      а) повысив процент участия в растительных сообществах растений с наивысшим КПД;
      б) увеличив общую площадь поверхности Земли, занятую земными растениями, повысив плотность земного покрова.
      Расчеты показывают, что плотность растительного покрова можно увеличить, повысив биологическую производительность в 3 раза. Этим можно в 1,5 раза повысить количество солнечной энергии, которая усваивается растениями.
      2. В биологическом круговороте:
      • повысить видовое разнообразие продуцентов и консументов;
      • повысить плотность животного населения Земли;
      • ввести в культуру новые, более полезные и продуктивные виды. С помощью этих мероприятий и здесь можно получить в 2—3 раза больше продукции, чем сейчас. Но это возможно лишь в случае тщательного изучения проблем поддержания равновесия в экосистемах!
      3. На выходе из биологического круговорота.
      Из биологического круговорота во многих экосистемах Земли выходит большое количество высокомолекулярного органического вещества — например, таким веществом является донное отложение многих озер — сапропель (состоящий в основе из углеводов, белков, жиров). Он уже сейчас используется. В ряде стран высшие сорта его превращают в пищевые вещества (заменители желатина и агара, пищевые добавки), более низкие сорта — в кормовой материал для скота, а самые низкие сорта сапропеля употребляют в качестве органических удобрений. В будущем на выходах из большого круговорота будут работать инженеры-биотехники, чтобы не допустить деградации вещества, выходящего из экосистем, и превратить его в формы, бесконечно полезные для морей. Значит, возрастет производительность экосистем биосферы. Таким образом, мы приходим к оптимистическому прогнозу: не в два, а в десять с лишним раз человек может повысить продуктивность Земли, не подорвав производительных сил ее биосферы.

Биосферные функции живого вещества (семь биогеохимических функций)

1. Энергетическая функция (антиэнтропийная функция). Растения-фотосинтетики и хемосинтезирующие бактерии, используя энергию Солнца, создают из неорганических веществ высокомолекулярное органическое вещество. Тем самым они являются источником свободной энергии в космосе (своеобразными «аккумулятивными станциями» в противовес рассеиванию энергии).
2. Деструктивная функция. Живое вещество активно участвует в процессах разрушения как неорганического (горные породы), так и органического вещества. Благодаря этому процессу атомы, связанные в минералах, горных породах и организмах, возвращаются в биотический круговорот.
3. Концентрационная функция. Живые организмы способны к избирательному накоплению химических элементов, рассеянных в природе. В продуктах жизнедеятельности некоторых микроорганизмов содержание марганца по сравнению со средой увеличено в 1 200 000 раз, железа — в 65 000 раз, серебра — в 240 000 раз (так происходит биогенное образование руд).
4. Средообразующая функция. Живое вещество планеты активно участвует в формировании атмосферы, гидросферы и верхнего слоя литосферы планеты в направлении, благоприятствующем развитию жизни. Таким образом, окружающая нас среда — это не возникшая когда-то фиксированная и непреходящая физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение создаваемое работой множества живых существ.
5. Транспортная функция. Перемещение вещества против градиента действия силы тяжести. Растения перемещают огромные массы воды снизу (из почвы с глубины в десятки метров) вверх (на высоту до 60 м). Птицы, питающиеся морскими животными, возвращают таким образом химические элементы на сушу и т. п. Ежегодно огромные массы вещества из одних районов биосферы перемещаются в другие. Это связано с массовыми кочевками животных: леммингов, оленей, китов, зоопланктона, перелетами птиц и ряда насекомых (саранчи, бабочек, жуков).
6. Информационная функция. Только живому веществу присуща способность воспринимать, хранить и перерабатывать информацию.
7. Средорегулирующая функция. Способность живого вещества к биотической регуляции окружающей среды.

Критерии биологического прогресса:

      • рост относительной независимости от прежних условий существования;
      • освоение новых, более разнообразных условий;
      • более высокая степень овладения миром;
      • повышение выживаемости особей;
      • увеличение объема наследственной информации, сохраняемой особями;
      • совершенствование информационных связей между особями;
      • преодоление определенных энергетических барьеров.
      Ароморфозы — крупные, принципиальные приспособления, приводящие группу в новую адаптивную зону или резко расширяющие старую.

      Ароморфозы рептилий:
      • внутреннее оплодотворение;
      • сухая кожа, покрытая роговыми чешуями и костными щитками;
      • усложнение кровеносной системы и скелета;
      • отсутствие личиночных стадий.
      Эти приспособления обеспечили эволюционное преимущество рептилий (по сравнению с земноводными) при переходе к жизни на суше в условиях сухого и жаркого климата.

      Ароморфозы млекопитающих:
      • живорождение;
      • теплокровность;
      • развитие шерстяного покрова;
      • возникновение совершенной терморегуляции;
      • совершенствование кровеносной и дыхательной систем;
      • увеличение относительных размеров головного мозга, усложнение его структуры.
      Эти признаки обеспечили прогрессивное развитие млекопитающих в условиях резких изменений климата (похолодания в меловом периоде).

      Ароморфозы голосеменных растений:
      • преобладание спорофита над гаметофитом. Гаметофит полностью зависит от спорофита и всегда находится под его защитой;
      • мужские гаметы переносятся ветром вместе с пыльцевыми зернами. Благодаря этому приспособлению растения больше не нуждаются в воде для оплодотворения;
      • наличие семян;
      • развитие толстой восковой кутикулы на листьях;
      • появление устьиц, глубоко погруженных в ткань листа;
      • лигнификация (накопление лигнина) в механических тканях; таким образом создается мощная внутренняя опора;
      • развитие настоящих корней.
      Эти ксероморфные признаки (характерные для форм засушливых районов) вечнозеленых голосеменных обеспечивают выживаемость растений во время сухих и холодных периодов.

      Ароморфозы покрытосеменных (цветковых):
      • семяпочки заключены в полость завязи, что обеспечивает их лучшую защиту;
      • гаметофиты упрощены и развиваются быстрее, чем у голосеменных;
      • двойное оплодотворение;
      • появление цветков;
      • опыление насекомыми и другими животными;
      • появление настоящей сосудистой системы;
      • плоды, защищающие семена;
      • формирование разных видов корневых систем;
      • способность к формированию сложных многоярусных сообществ, что позволяет более интенсивно использовать среду.
      Эти признаки позволили цветковым растениям лучше других приспособиться к жизни на суше.

Пути выхода из кризиса

      Владимир Вернадский — автотрофность человечества.
      Николай Тимофеев-Ресовский — повышение продуктивности.
      Аурелио Ж. Печчеи — социальное переустройство.
      Альберт Швейцер — новая этика.
      Функция человека на планете — предвидеть следующие кризисы и смягчать их.
      Новые технологии.