Синергетика биосферы

Законы развития косной и живой материи описываются двумя противоположными теориями – это классическая термодинамика и эволюционное учение Ч. Дарвина. Обе теории отражают единую физическую реальность, но соответствуют различным ее проявлениям. Согласно второму началу термодинамики, если подобно Ньютону рассматривать Вселенную как Мировую машину (закрытую систему), запас полезной энергии, приводящей мировую машину в движение, рано или поздно будет исчерпан. Если запас полезной энергии в системе тает, то ее способность поддерживать организованные структуры ослабевает. Высокоорганизованные структуры рас- 266 падаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. Мера внутренней неупорядоченности системы – энтропия – растет. Второе начало термодинамики пред- сказывает все более однородное будущее окружающего мира. Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, находящуюся в неравновесном состоянии и обменивающуюся веществом, энергией и информацией с окружаю- щей средой. Временной ход развития биосферы отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм организмов и образуемых ими сообществ; развитие живой материи идет от низших форм к высшим. Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоорганизации – одно из крупнейших достижений современной физики. Теория термодинамики открытых систем переживает бурное развитие. Эту область исследований назвали синергетикой (от греч. “sinergos” – совместный, согласованно действующий).

Выдающаяся роль в развитии синергетики принадлежит И.Р. Пригожину, который противопоставляет закономерности развития замкнутых детерминированных систем и открытых неустойчивых неравновесных, в которых малый сигнал на входе может выз- вать сколь угодно сильный отклик на выходе. По Пригожину замкнутые системы составляют лишь малую долю физической Вселен- ной. Большинство же систем, в том числе все географические и эко- логические системы, открыты. Они обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Открытый характер боль- шинства систем наводит на мысль, что реальность отнюдь не явля- ется ареной, на которой господствует порядок: главенствующую роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность. Пригожин отмечает, что открытые системы непрерывно флук- туируют. Иногда отдельная флуктуация или их комбинация может стать (в результате положительной обратной связи) настолько силь- ной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и раз- рушается.

В этот переломный момент, в точке бифуркации, прин- ципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет про- исходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хао- тическим или она перейдет на новый, более высокий уровень орга- низации. Пригожин подчеркивает возможность спонтанного возник- 267 новения порядка и организованности из беспорядка и хаоса в резуль- тате процесса самоорганизации. Строение живой материи существенно отличается от строения мертвой не только чрезвычайно сложной структурой, но и способно- стью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количе- стве, необходимом для самосохранения и саморазвития, что достигается путем создания таких элементов материи, которые способ- ны: – черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе зарождения, развития и жизни; – стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную энергию для парирования роста энтропии; – образовывать новые элементыживой материи, используя пита- тельную среду для дополнительного парирования роста энтропии; – в питательной среде сохранять информацию о структуре жи- вых элементов, об их наследственности за счет использования сво- бодной энергии окружающей среды.

Рассмотренные положения позволяют по-новому оценить механизмы устойчивости биосферы. Очевидно, что при существующих космических и земных предпосылках живое вещество биосф ры способно продолжать свое “давление” на внешние оболочки Земли и потенциал этого давления отнюдь не ослабевает. Антропогенный фактор, вызывающий деструкцию биосферы, следует рассматривать как флуктуацию, вызванную популяционным взрывом, который по законам регулирования неизбежно будет элиминирован. Система общество – природа, следуя теории Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не будет означать ее хаотического состояния.

Бифуркация – это импульс к развитию биосферы по новому, неведомо- му пути. Какое место займет в нем человеческое общество – это предмет специальных исследований. О судьбе биосферы можно не беспокоиться, она продолжит свое развитие. Рассмотрим движущие силы, которые поддерживают биосфе- ру в устойчивом состоянии, – это биоразнообразие, динамика попу- ляций, реализация разных жизненных стратегий организмов и зани- маемых ими экологических ниш, сукцессии сообществ, соблюдение принципа экологической эквивалентности.