Концепция биотической регуляции окружающей среды и глобальная экологическая безопасность

Биосфера, как уже говорилось, представляет собой биоту и окружающую её среду. Биота – совокупность живых организмов экосистем. Важнейшее свойство таких сообществ – способность компенсировать возмущения окружающей среды.

Земная окружающая среда физически неустойчива. Её важнейшей характеристикой служит приземная температура – одна из характеристик климата. Существование биоты может поддерживаться в достаточно узком температурном интервале, при котором вода находится в жидкой фазе. При температурах ниже точки замерзания воды жизнь может поддерживаться только у теплокровных животных – млекопитающих и птиц. При температурах, близких к точке кипения, могут выживать только некоторые бактерии горячих источников. Оптимальный для биоты температурный интервал окружающей среды заключается между 10 и 20 градусами по Цельсию. Именно в этом интервале поддерживалась среднеглобальная приземная температура Земли на протяжении последних сотен миллионов лет, опускаясь до 10 оС (в ледниковые периоды) и поднимаясь до 20 0С (в наиболее тёплые периоды). Современная среднеглобальная температура составляет 15 0С. Отклонения от этой температуры на протяжении последних столетий не превосходили нескольких десятых долей градуса.

Постоянная температура земной поверхности поддерживается солнечным излучением, величина которого определяется положением планеты на околосолнечной орбите. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается. Это делает планеты и их спутники видимыми на небосводе подобно звёздам. Отражённая планетой часть этой энергии носит название альбедо. Поглощённая планетой часть солнечного излучения нагревает поверхность планеты, что приводит к тепловому излучению планеты обратно в космос. То тепловое излучение, которое поглощается парниковыми газами атмосферы, частично возвращается обратно на поверхность планеты, что приводит к дальнейшему разогреву поверхности и повышению её температуры. Это явление носит название парникового эффекта. Парниковые газы составляют ничтожно малую часть атмосферного воздуха. Основные газы атмосферы (азот и кислород) не обладают свойством создавать парниковый эффект.

Основными парниковыми газами являются: водяной пар (процентное содержание в атмосфере – 0,3%), углекислый газ (около 0,03%), относительное содержание остальных парниковых газов вместе не превосходит 3*10-4%. Благодаря парниковым свойствам этих газов атмосферы у нашей планеты нет резких перепадов сезонных и дневных температур.

Существует два физически выделенных устойчивых состояния климата Земли:

Состояние полного оледенения поверхности с температурой, близкой к –100 оС.

Состояние полного испарения океанов с температурой, близкой к 400 оС.

Эти состояния близки к устойчивым климатам Марса и Венеры, соответственно. Жизнь в таких условиях невозможна. В настоящее время не обнаружены физические барьеры, которые препятствовали бы переходу современного земного климата в эти два устойчивых состояния. Такие переходы могли бы произойти за время, меньшее десяти тысяч лет.

Жизнь существует на Земле на протяжении 3, 85 миллиардов лет. Всё это время приземная температура не выходила за пределы 5-10 оС, и в последние шестьсот миллионов лет колебалась в пределах 10-20 оС. Это устойчивое состояние климата планеты трудно объяснить только лишь геологическими процессами.

Единственным объяснением существующей устойчивости пригодного для жизни климата Земли является предположение о действии биотической регуляции окружающей среды. Биотическая регуляция окружающей среды означает, что поведение альбедо, парникового эффекта и всех других важных для жизни характеристик климата Земли, на которые жизнь может воздействовать, находятся в прямой зависимости от жизнедеятельности сообщества всех живых организмов.

Перечислим несколько важнейших фактов, доказывающих существование биотической регуляции окружающей среды.

Выбросы углерода неорганического происхождения из земных недр в атмосферу компенсируются с огромной точностью депонированием органического углерода в осадочных породах так, что запасы неорганического углерода в атмосфере сохраняют порядок величины в течение сотен миллионов лет.

Отношения биогенов (органогенных эелементов) в океане C/N/P/O2 (отношения Редфилда) совпадают с отношениями при синтезе органического вещества. Это указывает на то, что концентрации биогенных элементов в океане сформированы и подерживаются биотой.

Современные данные по распределению радиоуглерода в океане и изменению кислорода в атмосфере указывают на то, что невозмущённая биота* океана поглощает избытки двуокиси углерода, выбрасываемые в атмосферу человеком, т. е. функционирует в соответствии с отрицательными обратными связями, в то время как сильно возмущённая человеком биота утратила эту возможность.

*Невозмущённая биота – биота нетронутых природных экосистем

4. Концентрация двуокиси углерода в атмосфере совпадает с концентрацией растворённой двуокиси углерода в поверхностном слое океана. В глубинах океана эта концентрация в три раза больше. Обеспечивается данное явление биотическим насосом: диффузионный поток неорганического углерода из глубин океана к поверхности компенсируется синтезом органического углерода и его погружением в глубины океана, где он разлагается. В результате биотой океана поддерживается концентрация двуокиси углерода в атмосфере в три раза меньшая, чем она была бы в отсутствии биоты.

Все однородные сообщества, занимающие большие территории земной поверхности, уменьшают или увеличивают концентрации биогенов по отношению к их концентрациям во внешней среде в одном и том же благоприятном для биоты направлении. Это происходит благодаря тому, что сообщества, изменяющие концентрации биогенов в благоприятном направлении, приобретают преимущества и увеличивают свою конкурентоспособность.

В этой концепции главным свойством жизни является способность биологических сообществ организмов к выполнению определённой работы по поддержанию выделенных пригодных для жизни условий окружающей среды. Сложное взаимодействие с окружающей средой приводит к необходимости образования сообществ организмов и экологических систем из определённого набора биологических видов, коррелированно взаимодействующих между собой и окружающей средой. Эта корреляция подобна согласованному действию клеток и органов многоклеточного организма. Так и в биосфере – только те виды, которые обеспечивают необходимую работу по поддержанию окружающей среды, могут составлять земную биоту. Эти виды поддерживают оптимальную, а не максимальную численность потомков. Переход любого вида к производству максимального количества потомков свидетельствует об искажении генетической программы. Подобный переход приводит к потере конкурентоспособности сообщества, его гибели вытеснению другим сообществом, в котором тот же вид сохраняет нормальную генетическую программу и производит оптимальное количество потомков. Такой вид сохраняет неизменной свою генетическую программу и не может адаптироваться к любым происходящим флуктуациям внешних условий. Он должен обладать механизмами стабилизации генетической программы, предотвращая накопление стирающих генетическую информацию мутационных замен.

Все виды биоты должны сохранять генетическое постоянство и устойчивость в течение геологических периодов времени. Это объясняет наблюдаемую дискретность и морфологическое постоянство современных естественных видов и видов, исследуемым по палеоданным.

При биотической регуляции окружающей среды отклонение от оптимального для жизни состояния окружающей среды может вызвать у всех видов, составляющих естественные сообщества, реакцию, направленную на возвращение среды к оптимальному состоянию. То есть, жизнь при всех случайных флуктуациях возвращает среду к оптимальному состоянию, не позволяя среде значительно отклоняться от оптимума.

Это объясняет, почему параметры окружающей среды за время существования жизни на Земле (почти 4 млрд. лет) не вышли за пределы, в которых это существование возможно, почему на протяжении уже 600 млн. лет сохраняется очень узкий диапазон температуры. Наконец, теория биотической регуляции объясняет причину строгой дискретности биологических видов, существовавших в прошлом и существующих сейчас.

Таким образом, биотическая регуляция окружающей среды – не совокупность произвольных видов, приспосабливающихся к произвольным условиям окружающей среды, а механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, содержащих необходимую генетическую информацию