Знание-сила, 1997 № 03 (837)

Наконец, направленность эволюции определяется системными свойствами, задающими цель и объясняющими как прогресс, так и регресс.

До недавнего времени представление о целенаправленности в природе относили к области мистики. Однако ситуация изменилась с развитием теории неравновесных процессов, которые в закрытых (изолированных) системах развиваются в соответствии с законом роста энтропии (вторым началом термодинамики), приближающим систему к равновесному состоянию. В открытых (живых) системах, согласно теореме И. Пригожина, стационарное состояние соответствует минимальному производству энтропии. Все термодинамические системы могут, таким образом, рассматриваться как телеологические, стремящиеся к определенному состоянию, которое и является целью их развития. Например, биотическое сообщество, проходя в своем развитии серию промежуточных стадий, стремится к климаксному состоянию, выступающему в качестве цели. Точно так же генетическая система имеет целью формирование организма, воспроизводящего родительские признаки и благодаря этому в свою очередь способного к успешному размножению в составе популяции.

Это обстоятельство не было должным образом оценено позитивистской философией, выводящей теологию за пределы научного познания. Термодинамика создавалась в те же годы, что и дарвиновская теория эволюции органического мира, но представление о телеологических системах в последней не нашло отражения.

В предыдущих работах автора общая направленность эволюции биосферы была интерпретирована как процесс сокращения производства энтропии в открытой системе. Физический смысл производства энтропии применительно к живым системам (или содержащим живые компоненты) заключается в отмирании живой материи в форме гибели организмов, омертвения тканей, опада, вымирания генетических линий и видов. Приложение общих законов развития систем к экосистемам позволяет лучше понять природу эволюционных процессов, их направленность и объяснить, почему эволюция не остановилась на уровне бактериальных сообществ, а продвинулась дальше по пути наращивания все новых структурных этажей вплоть до человеческой цивилизации.

Системный подход проясняет ряд кардинальных эволюционных проблем, которые оказываются частными проявлениями системных свойств. Особенно выпукло достоинства этого подхода вырисовываются тогда, когда значительные события из истории жизни рассматриваются в связи с историей планеты.

Схема взаимодействий в эволюционирующей системе

Цикличность

В библейские 400-летние циклы, исчисляемые сменой поколений, укладываются всемирный потоп, Содом и Гоморра, голод и бегство в Египет, египетские казни и раскрытие Красноморского рифта, вавилонское пленение и рождение Иисуса из Назарета. Потрясавшие европейскую лесную зону нашествия степных кочевников — гуннов, монголов, арабов — имеют ту же периодичность.

Еще в прошлом веке геологи установили, что в истории планеты периодически изменялось соотношение суши и моря, происходило чередование теократических и талассократических эпох.

1. Распределение суши (заштрихована) и моря в меловом периоде (кружки — островные дуги)

2. Система течении в меловом периоде

3. Климатическая зональность в меловом периоде (умеренная зона, субтропическая и тропическая зоны)

В течение первых происходило значительное расширение площади суши, а в течение вторых — морей. Приблизительно в тех же временных пределах чередовались эпохи ледникового и безледникового климата, или, как сейчас говорят, холодной и теплой биосферы (хотя происходило не столько изменение общего количества, сколько перераспределение тепла).

Общепринятого объяснения этих явлений не существует и по сей день. В ротационной модели (см. мою книгу «Меловой период», 1985) они выступают как результат периодического изменения центробежной силы, действующей на плиты континентальной и океанической коры разной плотности. Уровни изостатического уравновешивания этих плит то сближаются (низкие континенты, мелководные моря, заливающие их окраины), то расходятся (воздымание континентов, отступление окраинных морей). Эпохи ускоренного вращения Земли характеризуются сжатием полярных областей и расширением низкоширотных, где возникают зоны растяжения со средиземными морями. При замедлении вращения на их месте образуются горные сооружения из тектонических покровов.

Причинная связь между этими процессами и оледенениями несомненна, хотя в деталях еще не выяснена. Изоляция полярных морских бассейнов от теплых течений и поднятие низкоширотной суши в теократические эпохи, по-видимому, играли здесь основную роль. При повышении уровня моря сокращается общая биомасса наземной биоты, которая концентрирует гораздо больше двуокиси углерода, чем морская биота. Соответственно повышается содержание двуокиси углерода в атмосфере, дающее глобальное потепление.

Ч. Дарвин писал об ускорении эволюционных процессов в связи с колебаниями уровня моря, но в дальнейшем развитии эволюционной теории эта мысль не нашла отражения. Между тем биосферное значение циклов, когда меняется уровень океана, трудно переоценить. В связи с сокращением суши (до сорока процентов в меловом периоде) происходят весьма серьезные сдвиги.

Во-первых, почти адекватно сокращается вся биомасса (возможное увеличение морской биомассы не компенсирует утрату континентальной).

Во-вторых, поскольку биомасса служит одним из основных стоков атмосферной С0₂, содержание углекислоты заметно возрастает, вызывая глобальное потепление.

Далее, тот же фактор способствует росту продуктивности растительных сообществ, о чем свидетельствует гигантизм растительноядных животных (меловые гадрозаврьт, элоценовые идрикотерии и другие).

Одновременно с этим происходит географическое перераспределение биомассы по следующей схеме.

1. В теократические эпохи ледникового климата полярные фронты холодных воздушных масс препятствуют переносу тепла в высокие широты, вызывая разогрев низкоширотной зоны.

Одновременно быстрое охлаждение восходящих потоков теплого воздуха в низких широтах вызывает обильные осадки. Развиваются влажнотропические леса, концентрирующие огромную биомассу.

А в средних и высоких широтах влажность недостаточна для древесной растительности.

2. В талассократические безледниковые эпохи тепло более равномерно распределяется по земной поверхности, экваториальная зона холоднее и суше, поскольку восходящие воздушные потоки охлаждаются медленно и постепенно теряют влагу за ее пределами. Нет влажнотропических лесов, как нет и отчетливых аридных поясов. Средиземные моря обеспечивают устойчивость субтропического антициклона. Зона циклонических осадков смещается в высокие широты вплоть до высокой Арктики, где развивается древесная растительность.

Эта схема позволяет в первом приближении объяснить грандиозные процессы колебания и перераспределения биомассы по земной поверхности. Смене основных состояний биосферы в истории Земли сопутствовали стремительные перестройки основных экосистем.

Верхнеюрский ландшафт. На первом плане — археоптерикс

Скачки

Внезапные вымирания и появление новых форм жизни, которые Дарвин объяснял пробелами в геологической летописи, на самом деле связаны с описанной выше сменой тенденций когерентной (в устойчивой системе) и некогерентной (в нарушенной системе) эволюции. Скачки в первую очередь проявляются в резком, подчас катастрофическом сокращении биологического разнообразия — показателя структурной сложности экосистем. К ним приурочены границы геологических эр и периодов, продолжительностью около 180 и 35 миллионов лет.