Тема 5. Биосфера и человек: структура биосферы.

Прежде чем говорить о формировании человека – как биологического вида рассмотрим вопрос о сходстве и отличии человека от животных, поскольку именно представление о том, что такое человек, формирует выводы о его возникновении. Сходство человека и животных определяется, во-первых, вещественным составом, строением и поведением организмов. Человеческий организм состоит из тех же белков и нуклеиновых кислот, что и животные, и многие структуры и функции его тела такие же, как и у животных. Заметим, что чем выше на эволюционной шкале стоит животное, тем оно имеет большее сходство с человеком. Во-вторых, человеческий зародыш проходит в своем развитии те стадии, которые прошла эволюция животного. И, в-третьих, у человека имеются рудиментарные органы, которые выполняли какие-то важные функции у животных и сохранились у человека, хотя и не нужны ему (например, аппендикс).

Отличия человека от животных фундаментальны, прежде всего к ним относится разум. Изучение высших животных показало, что они обладают многим из того, на что раньше считались способны только люди.

Экспериментальные исследования проведенные с обезьянами показали, что они могут понимать слова, сообщать с помощью компьютера о своих желаниях (с ними можно таким образом "беседовать"). Чем не обладают самые высшие животные, так это способностью к понятийному мышлению, т.е. к формированию отвлеченных (абстрактных) представлений о предметах, в которых обобщены их основные свойства. Мышление животных как бы всегда конкретно; мышление человека может быть абстрактным, отвлеченным, обобщающим, логичным.

На сегодня мы имеем все больше данных о том, что в поведении человека и животных много схожего. Животные испытывают чувства радости, вины и т.п.; им присуще любопытство, внимание, память, воображение. Тем не менее, хотя животные могут иметь очень сложные формы поведения и создавать изумительные произведения (например, паутина, которую делает паук), человек отличается от всех животных тем, что до начала работы у него имеется план, проект, модель постройки. Благодаря способности к понятийному мышлению, человек сознает, что он делает.

Вторым главным отличием является то, что человек обладает речью. У животных может быть также развитая система общения с помощью сигналов. Но только у человека есть то, что И.П. Павлов назвал 2-й сигнальной системой (в отличие от первой – у животных) – общение с помощью слов. Этим человеческое общество отличается от других общественных животных.

Слово – это видовой признак человека, который состоит в непосредственном доступе нашего сознания к высшему организующему началу бытия.

В естествознании, известна гипотеза происхождения речи и звуков, произносимых при работе, которые потом становились общими в процессе совместного труда. Сначала появились корни глаголов, соответствующие определенным видам деятельности, затем другие части слова и речи. В этом суть гипотезы, выдвинутой немецким антропологом М. Мюллером. И так, в процессе общественного труда постепенно формировался разум.

Способность к труду – еще одно фундаментальное отличие человека от животных. Конечно, все животные что-то делают, а высшие животные способны к сложным видам деятельности. Обезьяны, например, используют палки как орудие для доставки плодов. Но только человек способен изготовлять орудия труда. Животные приспосабливаются к окружающей среде, а человек преобразует ее, и в конечном счете труд сформировал человека.

Способностью к труду соотносятся еще два отличительных признака человека: прямохождение, которое освободило его верхние конечности, и, как следствие, развитие руки, особенно большого пальца на ней. Еще два характерных признака человека, повлиявших на его развитие – использование огня и захоронение трупов.

Итак, главные отличия человека от животных – понятийное мышление, речь и труд – явились теми путями, по которым шло обособление человека от природы.

Рассмотрим какие данные свидетельствуют о становлении человека.

Английский археолог Л. Лики в 1960 г. открыл в Восточной Африке "Человека умелого", возраст которого около 2 млн. лет, а объем мозга 670 см ³. В этих же слоях были обнаружены и орудия труда из речной гальки, заостренной при помощи нескольких сколов, которые он изготовлял. Позже на озере Рудольф в Кении были найдены остатки существ того же типа возрастом 5,5 млн. лет. Наличие изготовленных орудий труда (если по этому факту судить о становлении человека) позволили существенно увеличить его возраст.

После этого сформировалось мнение, что именно в Восточной Африке в четверичном периоде кайнозойской эры произошло разделение человека и человекообразных обезьян (не ранее, так как гены тех и других слишком сходны), т.е. разошлись эволюционные линии человека и шимпанзе. Эти выводы подтверждены измерениями по так называемым "молекулярным часам". Скорость изменения генов за счет точечных мутаций (измерений отдельных пар оснований ДНК) устойчива на протяжении длительных периодов времени, поэтому ее можно использовать для датировки отхождения данной эволюционной ветви от общего ствола.

Что послужило причиной появления человека именно в данном месте нашей планеты? В Восточной Африке имеют место выходы урановых пород и существенная радиация. Последняя, как доказано генетикой, вызывает мутации. Именно здесь эволюционные изменения могли протекать более быстрыми темпами. Возникший новый вид, физически более слабый, чем окружение, должен был, чтобы выжить, начать изготавливать орудия, вести общественный образ жизни и развить свой разум как мощное орудие слабого от природы существа, не обладающего достаточными органами защиты.

"Человека Умелого" относят к австралопитекам ("южная обезьяна"), остатки которого впервые были найдены в Африке в 1924 году. Объем мозга австралопитека не превышал объем мозга человекообразных обезьян, но он создал орудия труда. Это стало формой преодоления противоречий между недостаточной естественной вооруженностью австралопитека и большой насыщенностью его существования трудными и опасными ситуациями, и таким образом человек, можно сказать, с честью вышел из первой в своей истории кризисной ситуации.

Гипотетически предложенные Э. Геккелем питекантропом ("обезьяночеловек") были названы останки, обнаруженные в 1891 году на острове Ява. Существа, жившие 0,5 млн. лет назад, имели рост более 150 см, объем мозга примерно 900 см ³, использовали ножи, сверла, ручные рубила. В 20-е годы ХХ века в Китае был найден синантроп ("китайский человек") с близким к питекантропу объемом мозга. Он питался мясом, использовал огонь и сосуды, но не умел говорить.

В долине Неандерталь в Германии в 1856 году обнаружили останки существа, 150-40 тыс. лет назад, названного неандертальцем. Он имел объем мозга, близкий к объему мозга современного человека, но покатый лоб, надбровные дуги, низкую черепную коробку; жил в пещерах, охотясь на мамонтов. У неандертальца впервые были обнаружены захоронения трупов.

И, наконец, в пещере Кро-Маньон во Франции в 1868 году были найдены останки существа, близкого по облику и объему черепа (до1600 см ³) к современному человеку, имевшему рост 180 см и жившему от 40 до 15 тыс. лет назад. Это и есть "Человек Разумный".

В эпоху палеолита возникли расовые различия. У изолированных групп формировались особые признаки. К таковым относятся светлая кожа у "белых" и т.п.

Таким образом, эволюция человека выстраивается следующим образом: "Человек Умелый" (австралопитек), "Человек Прямоходящий" (питекантроп и синантроп), неандерталец, "Человек Разумный" (кроманьонец). После появления кроманьонца человек уже не изменялся генетически, а его социальная эволюция продолжалась.

Кратко остановимся на учениях по развитию человеческого сообщества. Наиболее известна у нас и недавно почитавшаяся единственно верной пятичленная формула исторического материализма К. Маркса: первобытнообщинный строй, рабовладельческий, феодальный, капиталистический и коммунистический (с первой фазой социализмом).

Среди эволюционных известна концепция Г. Спенсера, в соответствии с которой человечество прошло два этапа: воинственный (охотничий) и мирный (промышленный). На первом этапе преобладала борьба человека с себе подобными и природой, на втором происходит становление цивилизации человеческого общества.

Ближе всего к концепции Спенсера сформулированное в середине ХХ века представление Д. Белла о постиндустриальном обществе, развившееся дальше в концепцию "информационного общества". Понятие "информационный" указывает на главный ресурс будущего общества – информацию.

Каждая схема общественного развития строится на каком-либо основании, которое показывает, что именно данным исследователем считается главным. Это производственные отношения у Маркса, уровень производственных сил в технократических концепциях и т.д. Рассматривая взаимоотношение человека и природы, и поэтому вполне естественно, что именно это должно быть положено в основание формулы социального прогресса. Исходя из этого, можно представить пятичленную схему развития:

1) непосредственное единство человека с природой и становление трудовой деятельности (изготовление орудий как первый способ целенаправленного преобразования окружающей среды); 2) переход к охоте в процессе совершенствования создаваемых для этого орудий и развития общественных форм жизни; 3) переход к скотоводческо-земледельческому хозяйству (выращивание сельскохозяйственных культур и одомашнивание животных); 4) переход в результате промышленной революции к главенству индустриального производства и развитие техники как эффективного способа преобразования природы; 5) переход к главенству производства информации и гармонизации взаимоотношений человека и природы в постиндустриальном обществе в процессе создания экологической цивилизации.

Важнейшей характеристикой человека является его кибернетическое поведение. Кибернетическое поведение определяется тем, что оно обладают развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, которые связывают все органы и управляет ими как единым целым. Отличие человека от кибернетических устройств созданных им заключается в том, что управляющие функции человека сосредоточены внутри его и диффузны. В кибернетических же системах, созданных человеком, управляющие функции направлены вовне и специализированы.

Управление человеческим организмом основано на системе обратной связи. Известно, что энергия обратной связи крайне мала по сравнению с инициируемой ею энергией, которая возбуждается в системе, идет ли речь о техническом устройстве или организме человека. Устройства, осуществляющие обратную связь в организмах, называются гомеостатическими механизмами. Гомеостаз в применении к организму означает поддержание его внутренней среды и устойчивость его основных физиологических функций. В применении к экосистеме гомеостаз означает сохранение ее постоянного видового состава и числа особей. Гомеостатические механизмы поддерживают стабильность организма предупреждая полное выедание растений травоядными животными или катастрофические колебания численности хищников и их жертв и т.д.

Степень стабильности экосистем или отдельных организмов весьма различна и зависит как от жесткости окружающей среды, так и от эффективности внутренних управляющих механизмов. При этом имеет место два типа устойчивости.

· резистентная устойчивость – способность оставаться в устойчивом состоянии под нагрузкой (при воздействии различных абиотических факторов);

· упругая устойчивость – способность после заболевания быстро восстанавливаться, выполнять свои прежние функции.

Помимо систем обратной связи стабильность свойств организма обеспечивается избыточностью функциональных компонентов. Избыточность хорошо объясняется на пример организма, имеющего парные органы (руки, ноги, глаза, уши, почки, легкие) и многократно дублированные органы иммунитета. Избыточность характерна и для экосистемы. Если в экосистеме имеется несколько видов автотрофных зеленых растений, каждое из которых имеет свой температурный диапазон, то скорость фотосинтеза в экосистеме может оставаться неизменной несмотря на колебания температуры.

Мозг человека представляет собой как бы систему с низкими энергетическими характеристиками и с огромными способностями к управлению, поскольку при относительно малой затрате энергии он способен продуцировать разнообразные мощные идеи. Это сделало человека самым могущественным существом на Земле, способным изменять функционирование экосистем, в том числе и биосферы нашей планеты.

Среда обитания человека – биосфера – самая крупная экосистема нашей планеты.

Экосистема – это безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов, в которой совершается внешний и внутренний круговорот вещества и энергии. В качестве примеров можно привести лесные экосистемы, почвы, гидросферу и т.д.

Биосферой называют активную оболочку Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое. Биосфера нашей планеты существует 3 млрд. лет, она растет и усложняется, несет разумную жизнь и цивилизацию. Биосфера существовала задолго до появления человека, существование человека невозможно без биосферы.

Все остальные экосистемы находятся внутри биосферы и являются ее подсистемами. Крупная региональная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности, называется биомом. Например, биом пустыни или влажного тропического леса. Гораздо меньшей системой является популяция, включающая группу особей одного вида, т.е. единого происхождения, занимающая определенный участок. Более сложной системой, чем популяция, является сообщество, которое включает все популяции, занимающие данную территорию. Так популяция, сообщество, биом, биосфера располагаются в иерархическом порядке от малых систем к крупным.

Взаимоотношения природы и общества нельзя рассматривать вне противоречий, неизбежно возникающих и существующих между ними. История совместного существования человека и природы представляет собой единство двух тенденций. Во-первых, с развитием общества и его производительных сил постоянно и стремительно расширяется господство человека над природой. Сегодня это проявляется уже в планетарном масштабе. Во-вторых, постоянно углубляются противоречия, дисгармония между человеком и природой.

Природа, несмотря на все бесчисленное многообразие своих составных частей, есть единое целое. Именно поэтому воздействие человека на отдельные части внешне покорной и мирной природы одновременно оказывают влияние, причем независимо от воли людей, и на другие его составляющие. Результаты ответной реакции бывают порой непредсказуемыми, они плохо поддаются прогнозированию. Человек распахивает землю, помогая росту полезных ему растений, но из-за ошибок в земледелии смывается плодородный слой. Вырубка лесов под сельхозугодия лишает почву достаточного количества влаги, и в результате поля вскоре становятся бесплодными. Уничтожение хищников снижает сопротивляемость травоядных и ухудшает их генофонд. Подобный "черный список" локальных воздействий человека и ответной реакции природы можно продолжать бесконечно.

Игнорирование человеком целостного диалектического характера природы приводит к отрицательным последствиям как для нее, так и для общества. Об этом в свое время прозорливо писал Ф. Энгельс.

Пробелы в общем уровне культуры, игнорирование поколениями людей закономерностей и особенностей живого мира, к сожалению, печальная реальность и сегодняшнего дня. Горьким свидетельством тому, что человек не желает учиться на собственных ошибках, могут служить обмелевшие после вырубки лесов реки, засоленные в результате неграмотного орошения и ставшие непригодными для земледелия поля, высохшие моря и т.д.

Отрицательным как для природы, так и для общества становится бесцеремонное вмешательство человека в окружающую среду в наши дни, ибо последствия его из-за высокого уровня развития производительных сил зачастую носят уже глобальный характер и порождают глобальные экологические проблемы.

Одна из важных экологических проблем обусловлена загрязнением водных ресурсов, особенно водных ресурсов городов.

Загрязнение водного бассейна в городах можно рассматривать в двух аспектах – загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в черте города за счет его стоков.

Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором, ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных стоков городов и предприятий, расположенных выше зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадает в водотоки. Это, в свою очередь, может приводить к эвтрофикации водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.

Важно заметить, что водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии очистить питьевую воду от растворов указанных веществ, поэтому питьевая вода может содержать их в себе в повышенных концентрациях и отрицательно повлиять на здоровье человека. Рост химизации сельского хозяйства неизбежно будет приводить к увеличению количества удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться.

Борьба с таким видом загрязнений требует использования удобрений и ядохимикатов в зонах водосбора исключительно в гранулированной форме, разработки и внедрения быстроразлагающихся ядохимикатов, а также биологических методов защиты растений.

Города также являются мощными источниками загрязнения водного бассейна. В крупных городах в расчете на одного жителя (с учетом загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около 1 м³ загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных сооружениях, эксплуатация которых вызывает немалые трудности. Так, при работе станции биологической очистки сточных вод городов образуется около 1,5-2 т отработанного ила в год в расчете на одного жителя. Использование этого ила в качестве удобрения для столовых сельскохозяйственных культур недопустимо, так как он содержит в себе большое количество токсических веществ, не подлежащих разложению. В настоящее время такой ил складируется на суше, занимая значительные территории, и вызывает загрязнение почвенных вод. Причем из ила прежде всего вымываются наиболее токсические элементы, содержащие соединения тяжелых металлов. Наиболее перспективным решением этой проблемы является внедрение в практику технологических систем, предусматривающих получение из ила газа с последующим сжиганием остатков иловой массы.

Особую проблему представляет проникновение загрязненных поверхностных стоков в подпочвенные воды. Поверхностные стоки городов всегда имеют повышенную кислотность. Если под городом располагаются меловые отложения и известняки, проникновение в них закисленных вод неизбежно приводит к возникновению антропогенного карста. Пустоты, образующиеся в результате антропогенного карста непосредственно под городом, могут представлять серьезную угрозу для зданий и сооружений, поэтому в городах, в которых существует реальный риск его возникновения, необходима специальная геологическая служба по прогнозу и предотвращению его последствий.

Развитие человеческого общества сопровождалось локальными и региональными экологическими кризисами антропогенного происхождения. Можно сказать, что шаги человечества вперед по пути научно-технического прогресса неотступно сопровождали, как тень, негативные моменты, резкое обострение которых приводило к экологическим кризисам. Ранее имели место локальные и региональные кризисы, поскольку само воздействие человека на природу носило преимущественно локальный и региональный характер и никогда не было столь значительным, как в современную эпоху. Древние охотники могли истребив животных на какой-либо территории, перейти на другое место; древние земледельцы могли, если почва подвергалась эрозии и продуктивность ее снижалась, освоить новые земли. Правда, такие переселения зачастую сопровождались социальными потрясениями, но тем не менее теоретически и практически они были осуществимы.

На сегодня представляется обоснованной точка зрения, согласно которой плотность заселения Земли приближается к критической.

Население земного шара растет по экспоненте. В начале нашей эры на Земле проживало 250 млн. человек. Понадобилось 1,5 тыс. лет для того, чтобы оно удвоилось. К началу XIX века население планеты достигло 1 млрд., а уже в 1986 году на Земле жило 5 млрд. человек, причем на прибавление последнего миллиарда ушло всего 12 лет. Сейчас население Земли приблизилось к 6 млрд. человек.

В результате для обеспечения условий существования, какие на Земле сейчас, каждое вновь появляющееся поколение обязано построить (и стало быть потребить соответствующее количество ресурсов биосферы) новую техноструктуру, равную той, которая в настоящий момент существует на Земле.

Рост масштабов хозяйственной деятельности человека, бурное развитие научно-технической революции усилили отрицательное воздействие на природу, привели к нарушению экологического равновесия на планете.

Возросло потребление в сфере материального производства природных ресурсов. За годы после второй мировой войны было использовано столько минерального сырья, сколько за всю предыдущую историю человечества. Поскольку запасы угля, нефти, газа, железа и других полезных ископаемых не возобновляемы, они будут исчерпаны, по расчётам учёных, через несколько десятилетий. Но даже если и ресурсы, которые постоянно возобновляются, на деле быстро убывают, вырубка леса в мировом масштабе значительно превышает прирост древесины, площадь лесов, дающих земле кислород, уменьшается с каждым годом.

Главный фундамент жизни-почвы повсюду на Земле деградируют. В то время как Земля накапливает один сантиметр чернозёма за 300 лет, ныне один сантиметр почвы погибает за три года. Не меньшую опасность представляет собой загрязнение планеты. Мировой океан постоянно загрязняется из-за расширения добычи нефти на морских промыслах. Огромные нефтяные пятна губительны для жизни океана. В океан сбрасываются миллионы тонн фосфора, свинца, радиоактивных отходов. На каждый квадратный километр океанской воды сейчас приходится 17 тонн различных отбросов суши.

Самой уязвимой частью природы стала пресная вода. Сточные воды, пестициды, удобрения, ртуть, мышьяк, свинец и многое другое в огромных количествах попадают в реки и озера. Сильно загрязнены Дунай, Волга, Рейн, Миссисипи, Великие Американские озера. По заключению специалистов, в некоторых районах земли 80 % всех болезней вызваны недоброкачественной водой.

Загрязнение атмосферного воздуха превзошло все допустимые пределы. Концентрация вредных для здоровья веществ в воздухе превышает медицинские нормы во многих городах во много раз. Кислотные дожди, содержащие двуокись серы и окись азота, являющиеся следствием функционирования тепловых электростанций и заводов, несут гибель озерам и лесам. Авария на Чернобыльской АЭС показала экологическую угрозу, которую создают на атомных электростанциях, которые эксплуатируются в 26 странах мира.