WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 10 |

«н.и. николайкин Высшее образование Н.Е. НИКОЛАЙКИНА э О.П. МЕЛЕХОВА ...»

-- [ Страница 5 ] --

В 1922 г. российский ученый А. А. Фридман (1888—1925) по­ казал, что болыпинство решений уравнений А. Эйнштейна для мира в целом — нестационарны, зависят от времени, что наи­ более естественное следствие уравнений тяготения есть расши­ рение либо сжатие Вселенной. Позже был установлен факт по­ стоянного расширения.

В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889—1953) наблюдениями доказал, что скорости движения удаленных га­ лактик направлены от нас. Более того, чем дальше расположе­ на галактика, тем быстрее она убегает.

Закон Э. Хаббла гласит:

282 Глава 7. БИОСФЕРА I I Скорости галактик пропорциональны расстояниям до I них.

Самые далекие из обнаруженных галактик удаляются со скоростью, близкой к скорости света.

К концу XX в. сформировалась и развилась научная теория возникновения Вселенной, объединившая научные достиже­ ния, полученные при разработке ряда гипотез, в том числе большого взрыва, стационарного состояния и рождения в чер­ ной дыре. Она разработана космологами на основе последних достижений физики и признана современным научным ми­ ром, включая Российскую академию наук (РАН). В этой сфере знаний никакие измышления не приемлемы, все космологиче­ ские теории проверяются точнейшими астрономическими на­ блюдениями, а не подтвердившиеся экспериментом — отверга­ ются.

В соответствии с выводами, сделанными на основании ис­ следований математических моделей, описывающих основные свойства Вселенной и подтвержденных наблюдениями, карти­ на ее образования и эволюции на ранней стадии представляет­ ся следующей 2.

Вначале весь мир был «сжат в точку» размером 10~ 3 2 мм (на 20 порядков меньше размера атомного ядра) и с плотно­ стью 1 0 9 3 г/см 3 ;

при этом полная масса материи составляла всего 1 0 ~ 5 — Ю - 6 г. В середине 60-х годов XX в. Э. Глиннер предположил, что это было так называемое вакуумное с о с т о я н и е материи, для которого характерно огромное от­ рицательное давление. По абсолютной величине оно равно плотности энергии, т. е. произведению плотности материи на квадрат скорости света, но со знаком «минус». Модель отрица­ тельного давления — это натяжение, существующее, напри­ мер, в растянутой резине.

Материя вместо притяжения, традиционного для нормаль­ ных условий, находясь в вакуумном состоянии, создает грави­ тационное отталкивание подобно тому, как между одноимен­ ными электрическими зарядами возникает электростатиче Космология — наука, занимающаяся проблемой происхождения Вселенной.

Картина ранней Вселенной излагается в соответствии с опублико­ ванным текстом доклада, сделанного одним.из ведущих отечественных космологов чл.-корр. РАН И. Д. Новиковым на заседании Президиума РАН в 2001 г.

7.4. Эволюция — история жизни ское отталкивание. Это гравитационное отталкивание, по современным общепризнанным представлениям, и послужило причиной чрезвычайно мощного «первотолчка», ранее припи­ сывавшегося «большому взрыву».

Через Ю - 4 3 с после рождения Вселенной (рис. 7.26) вслед­ ствие «первотолчка» материя получила начальные скорости и Вселенная начала расширяться с постоянным ускорением, так как сила гравитационного отталкивания продолжала действо­ вать. Экспоненциально быстрое расширение современными космологами названо инфляцией, а соответствующий интервал времени — инфляционной стадией развития Вселенной.

Объем Вселенной увеличивался, а плотность фактически не менялась, она уменьшалась чрезвычайно медленно. В ре­ зультате масса материи во Вселенной возрастала, причем с но­ вой массой рождалось новое тяготение этой массы. Рождаю­ щаяся отрицательная энергия гравитации компенсировала по­ ложительную энергию материи, и в сумме закон сохранения энергии соблюдался.

Вакуумная материя (инфлантон) неустойчива, через нич­ тожно малый промежуток времени (10~ 3 6 с) она распалась квантовым образом и превратилась в горячую плазму — обыч­ ную материю. Таков был квантовый процесс рождения нашей Сегодня Образование галактик Рекомбинация Синтез легких химических элементов Начало горячей Вселенной Конец инфляции Начало инфляции Рис. 7.26. Основные этапы истории горячей Вселенной с учетом периода инфляции (по И. Д. Новикову) 284 Глава 7. БИОСФЕРА горячей Вселенной. Через минуту с начала расширения темпе­ ратура горячей материи упала до 1 млрд К, начался синтез легких химических элементов.

Первичный нуклеосинтез продолжался около 3 мин. За это время элементарные частицы уже достаточно долго удер­ живались друг около друга, что привело к синтезу ядра водо­ рода, дейтерия, гелия, лития и бериллия. После взаимных превращений остались ядра водорода (около 80% масс), гелия (до 20% масс) и остальные элементы в ничтожно малом коли­ честве — около 0,01% всего вещества. Тяжелые химические элементы во Вселенной появились существенно позже в звез­ дах.

На ранней стадии расширения Вселенной ее характер пол­ ностью определялся излучением, так как плотность энергии излучения тогда была больше плотности энергии обычных час­ тиц вещества. Начальный этап принято называть радиаци­ онной стадией эволюции Вселенной. Температура вещества и излучения на этой стадии были одинаковы. Однако в опре­ деленный момент (примерно через 300 тыс. лет после начала образования Вселенной и при температуре 3—4 тыс. К) все радикально изменилось. Радиационная стадия сменилась ста­ дией вещества. Этот переход принято называть рекомбина­ цией.

После эпохи нуклеосинтеза образование Вселенной замед­ лилось, и до момента рекомбинации происходило спокойное расширение, при котором вещество Вселенной остыло до не­ скольких тысяч градусов Цельсия. По законам атомной физи­ ки при снижении температуры до таких значений начинается объединение (рекомбинация) электронов, бывших ранее сво­ бодными частицами, с протонами и ядрами гелия. На стадии развития Вселенной из элементарных частиц и ядер началось образование атомов стабильных газов, преимущественно водо­ рода и гелия.

С момента рекомбинации вещество начало эволюциониро­ вать самостоятельно, независимо от излучения. Сразу после рекомбинации оно было рассеяно во Вселенной практически равномерно. Не было ни звезд, ни галактик, ни иных космиче­ ских объектов. Причиной дальнейших процессов объединения вещества явилась сила гравитации. Даже самые, казалось бы, незначительные различия в плотности вызывали различное притяжение. Вследствие этого более плотные образования по­ степенно становились еще более плотными, а области относи­ тельно пониженной плотности — все более разреженными. Та 7.4. Эволюция — история жизни ким образом, изначально почти однородная среда с течением времени разделилась на отдельные «облака», из которых через сотни миллионов лет после начала расширения сформирова­ лись первые звезды и галактики 1.

Квантовый процесс рождения нашей Вселенной привел к разогреву вещества до очень больших температур. При рас­ ширении эта температура падала, а с ней изменялось и излуче­ ние, равномерно заполнившее всю Вселенную. Первичный свет (слабое электромагнитное излучение), называемое «ре­ ликтовым излучением», существует и сегодня. Не видимое глазу, оно приходит со всех сторон и регистрируется современ­ ными телескопами. Это явление было открыто 2 в 1965 г., тогда же установлено, что температура космического пространства в наше время равна 3 К.

В рамках существующих математических моделей допус­ тимо говорить о «возрасте» или «времени жизни» нашей Все­ ленной как о времени, прошедшем с момента существования бесконечно большой плотности.

Естественный вопрос о том, что же было в эпоху «самого начала», т. е. до инфляции Вселенной, пока не имеет ни теоре­ тически, ни экспериментально подтвержденного ответа, одна­ ко существуют предварительные заключения. В самый на­ чальный период эволюции промежуток времени менее 10~ 4 3 с и размеры Вселенной менее 10~ 3 2 мм соответственно не могли быть непрерывным временем и непрерывным пространством.

Пространство и время распадались на отдельные кванты, и все это, по выражению И. Д. Новикова, находилось в состоянии «кипения вакуума» при чрезвычайно большой его плотнос­ ти — 1 0 9 3 г/см 3. В этом состоянии пространство (его размер­ ность и топология) менялись самым причудливым образом — квантовым.

Вследствие квантовых флуктуации (от лат. fluctuatio — колебание, случайное отклонение величины от ее среднего зна­ чения) в различные моменты времени «кипящий вакуум» слу­ чайным образом превращается в отдельные пузыри раздуваю­ щихся вселенных, каждая из которых подобна нашей Вселен­ ной, однако, возможно, с иными физическими свойствами и иным развитием. Затем возможен коллапс отдельных пузы Достоверно установлено, что самые старые звезды различных га­ лактик имеют практически одинаковый возраст — около 15 млрд лет.

В 1978 г. за это открытие была присуждена Нобелевская премия.

286 Глава 7. БИОСФЕРА рей, и они снова переходят в квантовое кипение. И даже без коллапса за громадные промежутки времени отдельные все­ ленные рано или поздно перейдут в квантовое состояние.

Эта картина не имеет ни границ, ни пределов. Имеет место вечное кипение, вечное рождение новых вселенных и вечное их умирание. Следовательно, I наша Вселенная вечна, она — один из «пузырьков» I [ в Сверхвселенной, конца эволюции Вселенной нет.

Такую картину мироздания дает нам современная космо­ логия, радикально меняющая существовавшую философскую концепцию. Из нее, в частности, следует, что наша Вселенная не одна, вселенных много. При этом у человечества появляется возможность исследовать их не только умозрительно, но и экс­ периментально. С этой целью в начале XXI в. планируется се­ рия уникальных научных экспериментов, в том числе:

• эксперимент «Космологический ген», с использованием отечественного радиотелескопа РАТАН-600 с зеркалом диаметром 600 м, остающегося самым крупным в мире рефлекторным телескопом;

• эксперимент «Планк», предполагающий использова­ ние отечественного спутника, запуск которого планиру­ ется на 2007 г. После него должна быть точно установ­ лена топология нашей Вселенной;

• эксперимент в северокавказской обсерватории, при­ званный экспериментально подтвердить рекомбинацию Вселенной;

• эксперименты НАСА, основанные на применении вы­ сотных баллонов, летающих в Антарктике и Арктике, где дуют широтные ветры.

К сожалению, выйти за границы нашего «пузыря», нашей Вселенной для исследования других вселенных не косвенно (расчетным путем), а непосредственно (экспериментально) да­ же в будущем невозможно. Дело в том, что границы каждого «пузыря» расширяются со скоростью, большей скорости света, т. е. границы нашей Вселенной удаляются быстрее любого сиг­ нала, который человек может послать к ним.

Современное знание о строении и эволюции Вселенной на­ ходится на этапе бурного роста, новых идей и важнейших от­ крытий. Окончательных выводов наука еще не сделала, мно­ гое впереди.

7.4. Эволюция — история жизни 7.4.1.2. Звезды, Солнце Выбрасывание газа в пространство с поверхности звезд, особенно горячих и вспыхивающих как новые, происходило постоянно и происходит в наше время. Этот газ при благопри­ ятных условиях может сгущаться в пылинки или подвергать­ ся дальнейшим превращениям. Существуют облака пыли и га­ за, возникшие давным-давно и только что. В 1945—1947 гг. на основе исследований советскими учеными сделан вывод о том, что звезды имеют разный возраст, следовательно, они могут возникать и в наше время. Ближайшие к Земле области звез­ дообразования — это темные облака в созвездиях Тельца и Змееносца. Несколько дальше расположен огромный комп­ лекс облаков в Орионе.

Диапазон масс новорожденных звезд составляет от не­ скольких сотых долей до 100 масс Солнца, причем маленькие звезды рождаются чаще крупных. В нашей Галактике в сред­ нем ежегодно рождается примерно десяток звезд различного размера с общей массой около пяти масс Солнцам Установлено, что нормальная плотность газа в межзвезд­ ном пространстве Галактики составляет примерно один атом водорода в 10 см 3, тогда как в подобных газопылевых облаках плотность достигает 10 000 атомов на тот же объем 1.

Межзвездные облака обычно медленно вращаются и нахо­ дятся в состоянии, близком к равновесию. Если же облако ста­ новится достаточно большим и плотным, то оно неустойчиво:

преобладающей силой в нем становится тяготение, и облако начинает сжиматься. Теоретически показано, что сжатие под действием собственной массы начинается при массе облака, в 10—20 тыс. раз превышающей массу Солнца и плотности ве­ щества облака более 20 атомов/см 3.

Самопроизвольное гравитационное сжатие облака — гра­ витационный коллапс 2 — приводит к образованию сгущения, включающего до 99% всей массы первичного облака и имею­ щего плотность вещества звезд. Одновременно растет темпера­ тура, тепловое движение атомов ускоряется, при столкнове­ нии атомов появляется тенденция к их слиянию. Начинаются термоядерные реакции, в результате которых водород превра­ щается в гелий и выделяется огромное количество теплоты.

При нормальных условиях в атмосфере Земли в 10 с м 3 содержится 2, 7 - 1 0 2 0 атомов.

Не путать с медицинским значением термина «коллапс», приве­ денным в разд. 1.3.1.

288 Глава 7. БИОСФЕРА По современным понятиям эволюция звезд протекает в два этапа. Сначала из дозвездного вещества, состоящего по массе на 3/4 из водорода и на 1/4 из гелия, образуются з в е з д ы п е р в о г о п о к о л е н и я. Это массивные звезды с быстрым течением протонных реакций. После того как в центре звезды резко снижается содержание водорода, она сжимается, давле­ ние и температура в ней резко возрастают и начинает «гореть» гелий — возникает критический момент в истории звезды.

Если масса звезды была достаточно большой, то реакции синтеза тяжелых ядер из ядер легких элементов происходят взрывообразно, т. е. вещество разогревается до температур в сотни миллионов градусов, при которых протекают энергети­ чески невыгодные реакции синтеза тяжелых элементов, а сама звезда взрывается и вещество рассеивается во Вселенной.

После взрыва звезды первого поколения вещество, обога­ щенное малыми примесями практически всех химических элементов, может снова под действием гравитационного при­ тяжения собраться в звезды. Это и есть з в е з д ы в т о р о г о п о к о л е н и я. К ним относится и наше Солнце.

Взрыв звезды первого поколения, выбросившей вещество, из которого образовалась наша Солнечная система, произошел около 5 млрд лет назад. Большинство звезд нашей Галакти­ ки, как и Солнце, — звезды второго поколения. Однако во Все­ ленной имеются и водородно-гелиевые звезды, не успевшие еще в своем развитии дойти до взрыва;

взрыв звезды — собы­ тие редкое.

Значительно чаще наблюдаются вспышки звезд. Так, иногда какая-нибудь малозаметная звезда внезапно, за неде­ ли, увеличивает свою светимость в миллионы раз и становит­ ся очень яркой, после чего она медленно, за месяцы, возвраща­ ется к более или менее первоначальному состоянию. Такую звезду принято называть новой, а само явление — вспышкой новой.

Реже наблюдаются еще более грандиозные явления, назы­ ваемые вспышками сверхновых звезд. В нашей Галактике по­ следние замеченные вспышки сверхновых звезд были зареги­ стрированы астрономами в 1054, 1572 и 1604 гг. (в указанные годы до Земли дошел свет от тех грандиозных событий). После взрыва сверхновой звезды светимость также быстро падает, но и она уже теряет прежний облик. На месте вспыхнувшей звез­ ды остается быстро вращающаяся нейтронная звезда, пульсар, а остальное вещество с большой скоростью разлетается от него.

7.4. Эволюция — история жизни Нейтронные звезды с диаметром всего около 10 км по своей массе близки к Солнцу, которое имеет диаметр 1400 тыс. км.

Их гравитационное поле столь велико, что вдавливает элект­ роны всех атомов в их ядра и протоны ядер превращаются в нейтроны. Однако считается, что нашему светилу такая перс­ пектива не грозит.

Солнце в общей структуре Вселенной принадлежит к га­ лактике «Млечный Путь» — громадному скоплению звезд, ви­ димому на небе как светлая туманная полоса. Наша Галактика имеет конечные размеры. Диаметр галактического диска со­ ставляет около 100 000 световых лет, толщина — 1000 свето­ вых лет. Внешне она напоминает чечевичное зерно с утолще­ нием посередине. Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Млечного Пути, заполненного мате­ рией, поглощающей излучения, очень многие детали строения Галактики скрыты от земного наблюдателя.

Внешняя часть Галактики вращается очень медленно, а внутренний галактический диск — быстро, причем скорость его вращения не одинакова на разных расстояниях от центра.

Она изменяется от нуля до 200—240 км/с. Масса диска — 150 млрд масс Солнца. В среднем химический состав звезд и газа в диске почти такой же, как у Солнца. Основной хими­ ческий элемент в Галактике — водород. Другой, наиболее рас­ пространенный элемент, — это гелий, составляющий около од­ ной четверти нашей Галактики.

Одна из самых интересных областей Млечного Пути — яд­ ро, для которого характерна очень высокая концентрация звезд. Расстояние между ними в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца. В самом центре Галактики предпо­ лагается существование массивного компактного объекта — черной дыры массой около миллиона масс Солнца. Также там находится яркий радиоисточник «Стрелец А».

Наиболее заметными образованиями в диске нашей Галак­ тики являются спиральные ветви (или рукава), из-за наличия которых она относится к «спиральным» галактикам (рис. 7.27).

Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звез­ ды, многие звездные скопления и ассоциации, а также цепоч­ ки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжа­ ется образование новых звезд. В спиральных ветвях находится больше всего переменных и вспыхивающих звезд, где чаще всего наблюдаются взрывы сверхновых. В ветвях продолжает­ ся бурная «жизнь», связанная с переходом вещества из меж 10 Экология 290 Глава 7. БИОСФЕРА Рис. 7.27. Спиральная структура Галактики «Млечный Путь»: 1 — глав­ ный рукав;

2 — внутренний рукав;

3 — промежуточный рукав;

4 — внешний рукав;

• — оптические наблюдения;

• — радионаблюдения;

кпк — килопарсек (1 пк = 3,26 световых лет 3,086 • 1 0 1 6 м) звездного пространства в звезды и обратно. Галактическое маг­ нитное поле также сосредоточено преимущественно в рукавах.

С одной стороны, в окрестностях Солнца удается просле­ дить участки двух спиральных ветвей, каждая из которых удалена от нашей планеты примерно одинаково — на 3 тыс.

световых лет. По созвездиям, где обнаружены эти участки, их называют рукавами Стрельца и Персея.

С другой стороны, Солнце расположено на расстоянии 23—28 тыс. световых лет от ядра Галактики, т. е. посереди­ не между центром и краем диска. Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг ее центра со скоростью 200—220 км/с, совершая один оборот примерно за 200 млн лет, т. е. за время своего существования она обернулась вокруг центра Млечного Пути не более 30 раз.

7.4. Эволюция — история жизни По существующим закономерностям вращения спиральных ветвей с постоянной угловой скоростью (аналогично спицам ко­ леса), а также движения звезд в Галактике почти все звезды то попадают внутрь рукавов, то выходят из них. Редкое исключе­ ние из этого правила представляют лишь звезды, находящиеся на коротационной окружности, представляющей относительно наиболее спокойное место Галактики. Именно там и расположе­ но Солнце. Для Земли последнее обстоятельство исключительно важно, ибо в рукавах происходят бурные процессы, порождаю­ щие мощное губительное для всего живого излучение, защи­ тить от которого не смогла бы никакая атмосфера.

Длительное время положение Солнца среди звезд считалось самым заурядным, и только теперь стало ясно, насколько оно «привилегированное». Миллиарды лет Земля не испытывала катастрофического воздействия наиболее мощных космических катаклизмов, случавшихся за это время, что непременно следу­ ет учитывать при рассмотрении возможности существования жизни в иных частях нашей Галактики и Вселенной в целом.

7.4.1.3. Земля Исследования земных и лунных пород, а также вещест­ ва метеоритов показали, что в окружающей нас части Солнеч­ ной системы нет вещества старше 4,6 млрд лет, поэтому при­ знано, что она (система) возникла около 5 млрд лет назад. Сов­ ременные астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее возраст составляет 4,5—5 млрд лет.

В начальный период развития наша планета была мало по­ хожа на свое современное состояние. Столкновения частиц газо­ пылевого облака вызвали их нагрев, после чего начали прояв­ ляться процессы гравитационной дифференциации вещества.

Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли, а легкие — поднимались. В определенный момент размеры Зем­ ли стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.

Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покры­ валась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. В результате 4 млрд лет назад возник­ ла твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необрати­ мый процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную кору, образовывались в определенной последовательности, 292 Глава 7. БИОСФЕРА в результате чего планета приобрела сложную геологическую структуру.

До тех пор пока температура Земли не снизилась до 100 °С, вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфе­ ра, видимо, была «восстановительной», что подтверждается на ли [ием в самых древних горных породах Земли металлов в вос­ становленной форме, таких, как двухвалентное железо (Fe 2 + ).

Подсчитано, что возникновение Земли из допланетного об­ лака длилось примерно 100 млн лет.

7.4.1.4. Шкалы времени С момента образования Земля прошла необратимый путь развития и приобрела сложную геологическую структу­ ру. Используя специальные геологические методы, ученые восстановили основные этапы эволюции Земли.

Подлинную революцию в изучении истории Земли совер­ шила наука палеонтология (от греч. palaios — древний, ontos — сущее, logos — учение), изучающая вымерших животных и растения. Отмирая, они оставались в древних осадках, «кон­ сервировались» в них и превращались в окаменелости. Опира­ ясь на результаты палеонтологических исследований, геологи подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд естественных серий, каждой из которых характерен свой опре­ деленный комплекс ископаемых окаменелостей.

Для определения относительного возраста пород использу­ ют ископаемые останки не только животных, но и растений (споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные ископаемые организмы для определенного отрезка геологиче­ ского времени называют руководящей фауной.

Палеонтологический метод применим только к осадочным отложениям, так как в магматических и метаморфических по­ родах ископаемые организмы не встречаются. Кроме того, этот метод не позволяет определить продолжительность эр и пери­ одов в годах. Для того чтобы сравнить события в биосфере с со­ бытиями за ее пределами, нужна иная шкала — астрономи­ ческая или адекватная ей, которая может использоваться в ка­ честве абсолютной шкалы. Поэтому, спустя 100 лет после разработки палеонтологического метода, было предложено оп­ ределять время в годах с момента образования породы, пользу­ ясь радиоизотопным методом.

Радиоизотопные методы измерения промежутков времени в миллиарды лет основаны на том, что всегда и независимо от 7.4. Эволюция — история жизни внешних условий число радиоактивных атомов (Nt) и масса изотопа убывают со временем по закону где N0 — начальное количество изотопа;

t — время процесса;

Т0 5 — период полураспада.

Изотопы звездного происхождения с периодами полурас­ пада в 10 5 —10 7 лет в земной коре до наших дней не сохрани­ лись. Они стали вновь возникать только после 1945 г. как ре­ зультат ядерных взрывов и управляемых ядерных реакций.

Тем не менее в природе существуют изотопы с периодами полураспада, сравнимыми с возрастом Вселенной. К ним отно­ сятся изотопы урана, тория и калия, которые были свидетеля­ ми времен образования Солнечной системы.

Среди многочисленных методов определения «абсолютно­ го» возраста объекта наиболее распространены свинцово-ура ноториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.

Так, свинцово-ураноториевый (или свинцовый) метод ос­ нован на использовании трех процессов радиоактивного распа­ да: 2 3 8 U -> 2 0 6 P b, 2 3 5 U -> 2 0 7 P b, 2 3 2 T h -> 2 0 8 Р Ь. Измерив в ура ноториевом минерале содержание всех шести изотопов ура­ на, тория и свинца, можно найти пять изотопных отноше­ ний: 2 3 8 U / 2 3 5 U ;

2 0 6 P b / 2 3 8 U, 2 0 7 P b / 2 3 5 U ;

2 0 8 P b / 2 3 2 T h и 2 0 7 P b / 2 0 6 P b. Из 100 г урана за 74 млн лет образуется 1 г (1%) изотопа свинца ( РЬ), накапливающегося в минералах. Пер­ U / 2 3 5 U во всех случаях составляет 137,7, и вое отношение поэтому остальные четыре отношения позволяют получить че­ тыре оценки возраста минерала. Когда все четыре отношения дают одинаковый возраст, результат признается достоверным.

Точность этого метода самая высокая и оценивается в ± 5%.

Свинцовый метод применяется ограниченно, поскольку урано ториевые минералы встречаются в природе редко.

Возраст более молодых пород (до 60 тыс. лет) определяют по содержанию радиоактивного изотопа углерода 1 4 С, который образуется в высоких слоях атмосферы под действием косми­ ческих нейтронов. Период полураспада 1 4 С составляет 5730 лет.

Измеряя содержание этого изотопа, можно определить, когда росло дерево, когда оно синтезировало органические соедине­ ния из атмосферного диоксида углерода.

Учет изотопов кислорода, входящих в состав СаС0 3, со­ ставляющего раковину моллюсков, позволяет определить да­ же температуру воды, в которой жил вымерший вид, и многое другое.

294 Глава 7. БИОСФЕРА 7.4.2. Эволюция биосферы Одной из центральных проблем биологии является при­ рода жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость.

Главными современными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

• сотворение Богом в определенное время;

• самопроизвольное и неоднократное возникновение из не­ живого вещества;

• изначальное существование, т. е. была всегда;

• появление на планете извне;

• возникновение в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эво­ люция).

В основе биологической эволюции лежат уникальные про­ цессы самовоспроизведения макромолекул и живых организ­ мов, таящие в себе почти неограниченные возможности преоб­ разования систем в ряду поколений. Применительно к живым организмам эволюцию определяют как «развитие сложных ор­ ганизмов из предшествующих более простых организмов с те­ чением времени».

Биологическая эволюция — необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популя­ ций, формированием адаптации, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов, крупных экосистем и биосферы в целом.

Результатом биологической эволюции всегда является I соответствие развивающейся живой системы условиям ее существования.

Достижение этого соответствия сопряжено с преимущест­ венным распространением одних и гибелью других дискрет­ ных биологических систем.

Эволюция биосферы на протяжении большей части своей истории шла под влиянием двух главных факторов:

• естественных геологических и климатических измене­ ний на планете;

• изменений видового состава и количества живых су­ ществ в процессе биологической эволюции.

На современном этапе следует учитывать и третий фактор — развивающееся человеческое общество.

7.4. Эволюция — история жизни 7. 4. 2. 1. Химическая эволюция ж и в о г о На основании последних теоретических и эксперимен­ тальных данных считается, что жизнь зародилась в пределах Солнечной системы на ранних стадиях ее развития. Подтверж­ дением этого является тот факт, что органические соединения достаточно большой сложности (вплоть до аминокислот) при­ сутствуют в некоторых метеоритах — древнейших каменных телах, сохранивших признаки своего образования в «заморо­ женном» состоянии. Список органических соединений в мете­ оритах (осколках астероидов) достаточно велик.

Синтез сложных органических соединений как предшест­ венников живого вещества был закономерным этапом в хими­ ческой эволюции Солнечной системы в канун формирования планет. Это явление было типичным и массовым.

Большинство современных теорий, расходясь в некоторых деталях, в целом аналогичным образом трактуют начальные стадии возникновения и химической эволюции жизни в преде­ лах нашей планеты.

Теория Опарина. Отсутствие в атмосфере кислорода, веро­ ятно, было необходимым условием для возникновения жизни.

Лабораторные опыты показали, что органические вещества (основа живых организмов) значительно легче синтезируются (создаются) в восстановительной среде, чем в присутствии кис­ лорода.

Известным советским ученым А. И. Опариным (1923) бы­ ла высказана гипотеза, что органические вещества могли со­ здаваться в океане из более простых соединений при воздейст­ вии интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца, кото­ рое в тот период не ослаблялось слоем озона, ибо его еще не существовало. Отсутствие озонового слоя означало, что жизнь в те времена могла развиваться только в воде на глубинах бо­ лее 10 м. Разнообразие простых соединений в океанах, пло­ щадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволили Опарину предположить, что в океанах по­ степенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором смогла возникнуть жизнь.

С. Миллер (1953) на лабораторной установке смоделировал условия (температуру, давление, состав газовой среды, а так­ же высоковольтный электрический разряд как: источник энер­ гии), которые предположительно имели место на Земле в те да­ лекие времена. Ему удалось синтезировать многие биологиче­ ски важные вещества, такие, как аминокислоты, аденин и 296 Глава 7. БИОСФЕРА простые сахара. На подобной установке синтезировались прос­ тые нуклеиновые кислоты. Позже эти результаты были много­ кратно проверены и уточнены.

Подтвержденная экспериментально теория Опарина заво­ евала широкое признание, однако наиболее тонким звеном в ней (проблемой, не решенной до настоящего времени оконча­ тельно) является переход от сложных органических веществ к простым живым организмам. Предлагается лишь относи­ тельно приемлемая общая схема, и отсутствует единое мне­ ние о деталях этого процесса.

А. И. Опарин предположил, что превращение неживого в живое происходило благодаря белкам, которые имеют свойст­ во образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к се­ бе молекулы воды и создающие из них некую оболочку. Эти комплексы могут обособляться от остальной массы воды и сли­ ваться друг с другом, т. е. возможен процесс коацервации (от лат. coacervatio — собирание в кучу, накопление). Богатые коллоидами коацерваты, возможно, были способны избира­ тельно извлекать и накапливать из окружающей среды раз­ личные соединения. Состав конкретного коацервата, вероят­ но, зависел от состава окружающей его среды.

Разнообразие «первичного бульона» в разных местах вы­ зывало различие в химическом составе коацерватов — условие для «биохимического естественного отбора». Внутри коацерва­ тов вещества могли вступать в различные химические реак­ ции, в том числе поглощать ионы металлов и образовывать ферменты. На границе коацерватов и окружающей их среды выстраивались липиды, что вело к образованию примитивной клеточной мембраны, создававшей стабильность коацерватов и обеспечивавшей пространственно-временное разобщение на­ чальных и конечных продуктов реакции. Образование мемб­ ранной структуры считается самым трудным этапом химиче­ ской эволюции. Истинное существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов.

Рост размеров коацерватов и их фрагментация (деление), возможно, вели к образованию одинаковых коацерватов, и та­ ким образом процесс мог продолжаться. Описанная последова­ тельность событий должна была привести к возникновению примитивного гетеротрофного организма, питающегося орга­ ническими веществами первичного бульона.

У современных организмов выявлено большое разнообра­ зие биохимических путей связывания и освобождения энер 7.4. Эволюция — история жизни гии, что, вероятно, отражает первые эксперименты природы над живыми организмами.

Хиральная чистота жизни. В воссозданной схеме проис­ хождения жизни одним из самых загадочных остается факт, сформулированный Л. Пастером в виде закона хиральной чистоты:

I живое вещество состоит только из хирально чистых II структур.

Хиральность или хиральная чистота — свойство объекта (индивидуальных молекул и их соединений) быть несовмести­ мыми со своим отображением в идеально плоском зеркале.

Так, белки живого построены только из «левых» (левовращаю щих — поляризующих свет влево) аминокислот, а нуклеино­ вые кислоты состоят исключительно из «правых» (правовра­ щающих — поляризующих свет вправо) Сахаров и так далее.

Вещества небиогенного происхождения всегда имеют оди­ наковое количество «правых» и «левых» молекул, они зер­ кально симметричны.

Эксперименты показали, что только в хирально чистых растворах могло возникнуть биологически значимое удлине­ ние цепочки полинуклеотидов и процесс саморепликации.

Живые системы организованы так, что т-РНК 2 из «правых» Сахаров присоединяет к себе только «левые» аминокислоты.

Все живое поддерживает свою хиральную чистоту, и эволюция не снабдила организмы средствами для обитания в зеркально симметричной среде. Поэтому возникновение живого из нежи­ вого в современных условиях невозможно.

Роль хиральности в живой природе столь велика, что по­ иск хирально чистых веществ на других планетах рассматри­ вается как один из вариантов обнаружения внеземной жизни.

Первые организмы. В позднем архее (более 3,0 млрд лет назад) на дне небольших водоемов или мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей возникли первые организмы в виде мельчайших примитивных существ — про тобионтов (от греч. protos — первый, bions — живущий).

Предполагается, что они были гетеротрофами, так как толь Происхождению термина «хиральность» (от греч. cheir — рука) способствовала аналогия с правой и левой руками. В отечественной лите­ ратуре встречается иное написание термина — «киральность».

т-РНК — транспортная рибонуклеиновая кислота 298 Глава 7. БИОСФЕРА ко гетеротрофы могут использовать энергию, заключенную в сложных органических веществах первичного бульона, син­ тезированных в ходе химической эволюции. Для самых ран­ них стадий жизни химические реакции синтеза питательных веществ были слишком сложны и недоступны. Вероятно, про тобионты были дрожжеподобными анаэробами и энергию, не­ обходимую для дыхания, получали путем брожения. Однако брожение по сравнению с кислородным дыханием — относи­ тельно малоэффективный способ энергообеспечения. Поэтому эволюция не могла пойти дальше одноклеточной формы орга­ низации жизни, к которым относятся одноклеточные прока­ риоты.

Питание первых примитивных организмов было ограни­ ченно и, по-видимому, зависело от медленно опускавшихся ор­ ганических веществ, синтезировавшихся под действием ради­ ации в верхних слоях воды, куда «голодные» микробы не рис­ ковали подниматься.

Таким образом, схема образования живого из неживого выглядит следующей чередой (последовательностью) событий:

Неорганические соединения Органические соединения «Первичный бульон» Коацерваты Протобионты Предбиологические многомолекулярные системы ДНК Клетка Многоклеточные организмы вопросы, всех громадных успехах биохимии ответы наеще нет.

умозрительных рассуждений. к простым живым пока характер перехода от неживыхс веществ Единой всеобъемлющей многие При связанные возникновением жизни, имеют теории 7.4. Эволюция — история жизни Приведенная гипотеза происхождения жизни А. И. Опа­ рина — одна из самых признанных. Однако мысль о том, что живое возникло только лишь как результат вышеописанных случайных взаимодействий молекул, по выражению астронома Ф. Хойла, «столь же нелепа и неправдоподобна, как утвержде­ ние, что ураган, проносясь над мусорной свалкой, может при­ вести к сборке «Боинга 747». Труднее всего по данной теории объяснить, как именно появилась способность живых существ к самовоспроизведению. Существующие гипотезы малоубеди­ тельны, и это никак не подтверждено экспериментально.

7.4.2.2. Органическая эволюция Постепенно ресурсы в виде «первичного бульона» исто­ щались, и хемосинтез начал затухать, однако в ходе биохими­ ческой эволюции образовались более сложные органические вещества. Среди них появились и такие, что оказались способ­ ны осуществлять фотосинтез, т. е. использовать для синтеза необходимых клеточных веществ непосредственно энергию из­ лучения Солнца, проникавшую в глубь воды. С включением этих веществ в состав существовавших клеток последние стали самостоятельно синтезировать свои клеточные материалы, и необходимость поглощать их извне отпала — клетки стали ав тотрофными.

Полагают, что самые первые фотосинтезирующие клетки были лишены метаболизма, ведущего к образованию молекул кислорода;

организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, подобные современным синезеленым водорослям, появились позже. Тогда количество кислорода в воде стало бы­ стро расти, а вследствие десорбции (выделения) его в атмосфе­ ру она из восстановительной превратилась в окислительную. С данного момента началось постепенное накопление кислорода в атмосфере, и когда его концентрация стала равна 1% от сов­ ременного уровня, победа аэробов над анаэробами стала окон­ чательной. Соответствующий момент получил название 1-й точки Пастера. Произошло это геологически внезапно не бо­ лее чем за 100—200 тыс. лет.

Описанные события происходили в архее около 2 млрд лет назад (рис. 7.28). Они вызвали огромные изменения в химии Земли, обеспечили быстрое распространение жизни и развитие эукариотических клеток. Свидетельством того служат разно­ образные геологические формации, образовавшиеся в резуль­ тате выпадения в осадок многих минералов, таких, как соеди­ нения железа.

300 Глава 7. БИОСФЕРА С ростом количества кислорода в атмосфере увеличивался также слой озона и, как следствие, уменьшался уровень ульт­ рафиолетовой радиации, достигавшей поверхности Земли.

Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в ат­ мосфере достигло 3—4% его современного уровня (или около 0,6% состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд лет назад (см. рис. 7.26). Многоклеточные организмы, вероят­ но, появились 700 млн лет назад по достижении концентрации кислорода в атмосфере 8% от современного уровня.

Период времени, когда существовали только мелкие, про кариотические одноклеточные формы жизни, называется до 2 1 0,7 0, Время, млрд лет Рис. 7.28. Схема эволюции состава атмосферы и биосферы (по Ю. Одуту с дополнениями) 7.4. Эволюция — история жизни кембрием. В кембрийский период произошел эволюционный взрыв новых форм жизни, таких, как губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и предки семенных растений и позвоночных. В течение последующих периодов палеозой­ ской эры жизнь заполнила все моря.

После возрастания концентрации кислорода в атмосфере и достижения уровня 10% от современного (2-я точка Пасте ра) озоновый слой стал настолько эффективно защищать жи­ вое от жесткого ультрафиолетового излучения, что жизнь по­ степенно вышла из водной среды на сушу. Дальнейшее форми­ рование наземных экосистем пошло относительно автономно от процессов эволюции водных экосистем. Развитие наземной зеленой растительности обеспечило большие количества кис­ лорода и пищи, которые были необходимы для последующей эволюции таких крупных животных, как динозавры и млеко­ питающие, а также человека. Одновременно океанический планктон дополнительно к формам с клеточными оболочками из органических веществ пополнился формами с известковы­ ми, а позже и с кремниевыми оболочками.

В середине палеозоя (около 400 млн лет назад) потребле­ ние кислорода сравнялось с его продуцированием, в результа­ те чего концентрация кислорода в атмосфере стабилизиро­ валась на уровне современного, т. е. около 20%. Это позволя­ ет экологии проводить аналогию между эволюцией биосферы и сукцессией.

В конце палеозоя (350—250 млн лет назад) изменился кли­ мат, послуживший началом обширного «автотрофного цвете­ ния», вызвавшего снижение содержания 0 2 и повышение со­ держания С 0 2. В результате этого создались запасы ископае­ мого топлива — основы энергетики в наши дни. Позже (200— 150 млн лет назад) содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере постепенно вернулось к относительно стабильно­ му уровню, сохранившемуся до наших дней.

За время эволюции биосферы усиление ее биопродуктив­ ности всегда сопровождалось интенсивным образованием мно­ гих полезных ископаемых, таких, как нефть, газ, уголь, горю­ чие сланцы, фосфориты, калийные соли и др.

Земля пригодна для жизни уже около 4 млрд лет, что в первую очередь свидетельствует о малых колебаниях темпе­ ратуры ее поверхности. За это продолжительное время не про­ исходило ни сильного переохлаждения, ни сильного перегре­ ва, т. е. приход энергии из космоса был равен ее расходу. Тем не менее в отдельные периоды происходили достаточно силь 302 Глава 7. БИОСФЕРА ные колебания климатических условий среды обитания жи­ вых организмов, например, колебания уровня Мирового оке­ ана с разницей между максимумом и минимумом, по некото­ рым оценкам, порядка 300—400 м.

Периоды общего похолодания на нашей планете чередова­ лись с периодами потепления достаточно часто. Ледяные шап­ ки на полюсах как бы пульсируют: то разрастаются, то сокра­ щаются. Считается, что за цикл «разрастание — отступление» ледниковые покровы пропускают через себя весь объем гидро­ сферы. Подобные циклы продолжаются около 100 тыс. лет. За последний миллион лет этих циклов было (по разным оцен­ кам) от четырех до восьми. Во всяком случае, твердо утверж­ дается, что за это время вся гидросфера Земли несколько раз полностью прошла через твердую фазу в ледниках планеты.

Все оледенелые и безледные состояния нашей планеты по­ ка еще не известны. Чем древнее отложения, тем труднее вы­ явить точную картину прошлых событий. Тем не менее су­ ществуют оценки, в соответствии с которыми общее количест­ во оборотов гидросферы через ледники исчисляют тысячами.

Наиболее крупными достоверно установленными периода­ ми наступления ледников являются эпохи оледенения:

• в середине раннего протерозоя;

• с конца верхнего рифея и до начала венда;

• с конца палеогена (около 25 млн лет назад);

• «великие оледенения» северных материков в антропоге новый период.

Так, в среднем плейстоцене (45—60 тыс. лет назад) мощ­ ные ледниковые языки спустились почти до 48° с. ш. в Европе и до 37° с. ш. в США. В это время в Северном полушарии было сосредоточено до 67% площади континентальных ледников земного шара, тогда как в наши дни эта величина не превыша­ ет 16%.

Ледниковый климат относительно устойчив, и продолжи­ тельность каждого ледникового периода составляла десятки тысяч лет. До сих пор не ясно, каким образом и почему Земля выходила из этого состояния, причем таяние многокилометро­ вой толщи ледников происходило относительно быстро, при­ мерно за 1 тыс. лет. Многолетнее промерзание пород на севере России (отголосок последнего ледникового периода) продолжа­ ется до настоящего времени.

Межледниковые эпохи характеризовались относительно мягким климатом. Средние температуры при этом повыша 7.4. Эволюция — история жизни лись на 6—12 °С. Последние 10 тыс. лет относятся к послелед­ никовой эпохе.

Наиболее стабильные условия в биосфере были в эпохи между парами «гигантских волн жизни». Особенно выделяет­ ся позднемеловая эпоха, когда почти 20 млн лет не происходи­ ло ни грандиозного соленакопления, ни накопления органики (в виде топлива). В это время на Земле были наиболее благоп­ риятные климатические условия. Средние широты характери­ зовались слабовлажным теплым климатом, тропики — менее влажным, чем сейчас. В высоких широтах тогда не было оле­ денения, а климат был достаточно теплым и не очень влаж­ ным.

Считается, что наши дни относятся к эпохе между бурны­ ми событиями последней гигантской волны жизни и грядущей гигантской волной с буйством флоры на континентах типа раннеюрской. При естественном ходе событий без антропоген­ ного вмешательства человека ее начало ожидается через 5— 10 млн лет.

Эволюционный прогресс не был случаен. С одной стороны, жизнь занимала все новые пространства, с другой стороны, ус­ ловия существования на Земле непрерывно менялись и всему живому приходилось к ним приспосабливаться. Этим и созда­ ется направленность эволюции. Одни виды (сообщества, эко­ системы) сменяют другие. В истории Земли неоднократно про­ исходили массовые вымирания целых видов. За последний миллиард лет произошли пять или шесть катастрофических вымираний преимущественно многочисленных видов живот­ ных. Так, 650 млн лет назад относительно внезапно исчезли многие формы одноклеточных водорослей, 450 млн лет назад резко поредели панцирные обитатели океана, а 65 млн лет на­ зад исчезли многие рептилии.

Причины этого могли быть разнообразны: от падения на Зем­ лю астероида до возникновения более прогрессивных форм, лучше приспособленных к новым условиям жизни, подвиж­ ных, «сообразительных». Истинные же причины произошед­ шего, возможно, не станут известны никогда, но все эти выми­ рания были:

• неодновременными по всей планете;

• растянуты на миллионы лет;

• не связаны с деятельностью человека.

В настоящее время ежедневно в мире исчезает по одному виду животных и еженедельно — по одному виду растений, а по обоснованным прогнозам один вид животных скоро будет 304 Глава 7. БИОСФЕРА исчезать ежечасно. К в ы м и р а н и ю ведет расхождение м е ж д у т е м п а м и эволюции и темпами и з м е н е н и я среды. Следует отме­ тить, что в ы м и р а н и е одних групп часто с л у ж и т условием воз­ н и к н о в е н и я и распространения новых групп организмов, уве­ л и ч е н и я многообразия ж и з н и на Земле. Всегда на место ушед­ ш и х форм п р и х о д я т новые.

В ы м и р а н и е одних и формирование новых видов — процесс к а с к а д н ы й, л а в и н о о б р а з н ы й. К а ж д ы й в ы м е р ш и й вид увлека­ ет за собой 7—11 других с в я з а н н ы х с н и м видов. Образование нового вида крупного организма формирует свою группу с та­ к и м ж е числом в з а и м о с в я з а н н ы х видов, т а к к а к п о з а к о н у константности количества живого вещества В. И. Вернад­ ского I количество живого вещества биосферы (для данного II геологического периода) есть константа.

Ж и в о е вещество, согласно з а к о н у биогенной м и г р а ц и и атомов, я в л я е т с я энергетическим посредником м е ж д у Солн­ цем и З е м л е й. П р и постоянном потоке солнечной энергии и от­ носительной неизменности на п р о т я ж е н и и м и л л и а р д о в лет об­ щ е й э н е р г е т и к и н а ш е й п л а н е т ы либо количество ж и в о г о веще­ ства д о л ж н о быть п о с т о я н н ы м, либо д о л ж н ы м е н я т ь с я его энергетические х а р а к т е р и с т и к и, что в свою очередь исключа­ ется з а к о н о м физико-химического единства ж и в о г о вещества.

По подсчетам палеонтологов, существующие в н а с т о я щ е е время виды составляют л и ш ь н и ч т о ж н у ю часть ( 2 — 5 % ) из об­ щего ч и с л а видов, когда-либо о б р а з о в а в ш и х с я на З е м л е в ходе э в о л ю ц и и (около 500 м л н видов за последние 4,5 млрд лет), т. е. основная часть существовавших видов в ы м е р л а.

П р и этом история р а з в и т и я ж и з н и н а З е м л е п о к а з ы в а е т, что в ы м и р а н и е к а к э в о л ю ц и о н н ы й процесс — н е о б я з а т е л ь н ы й момент в р а з в и т и и группы, о чем свидетельствуют существую­ щ и е р е л и к т ы. Т а к, морское плеченогое лингула существует в неизменном виде с ордовика (более 500 м л н лет);

к и с т е п е р а я рыба л а т и м е р и я, которая встречается в глубоководных участ­ к а х п р и б р е ж н ы х вод Восточной А ф р и к и, сохранила свое стро­ ение и форму с девона ( 4 0 0 — 3 5 0 м л н лет назад). Эпохи Лавра з и и и Гондваны ( 4 0 0 — 1 5 0 м л н лет назад) оставили много ре­ л и к т о в ы х форм с р а з о р в а н н ы м ареалом. Н а п р и м е р, осетровые и в первую очередь веслоносы обитают одни в К и т а е, а другие в Миссисипи (этих пресноводных рыб теперь р а з д е л я ю т оке­ аны).

7.4. Эволюция — история жизни Для возникновения живого, отличающегося от неживого, были необходимы уникальные и неповторимые условия ран­ ней эволюции Земли как планеты. С появлением форм пред жизни и праорганизмов стал действовать принцип, выявлен­ ный итальянским естествоиспытателем и врачом Ф. Реди (1626—1698) и заново сформулированный В. И. Вернадским (1924):

живое происходит только от живого, м е ж д у живым I и неживым веществом существует непроходимая грани­ ца, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

Если бы в наши дни сложились локальные условия для по­ вторного возникновения жизни (например, в жерле затухаю­ щего вулкана) или она была бы занесена извне (из космоса), то возможны следующие два исхода:

• она не смогла бы долго существовать, так как была бы уничтожена уже существующими организмами;

• стала бы глобальным бедствием, ибо подавила бы су­ ществовавшее ранее.

С начала формирования биосферы современного типа постепенно росло число видов организмов, их биомасса и про­ дуктивность. Это увеличение продолжалось до тех пор, пока названные характеристики биосферы не стали постоянными.

Такой рост и стабилизация могли произойти достаточно быст­ ро. Предельное число видов в ходе эволюционного процесса могло возникнуть всего за 70 млн лет.

Биосфера развивается при тесной совместной эволюции ор­ ганизмов. Такую коллективную, сопряженную эволюцию на­ зывают коэволюцией1. Она шла в геологическом масштабе вре­ мени миллиарды лет. Мощные антропогенные факторы воз­ никли на Земле за исключительно короткое время, однако по мощности воздействия на биосферу они стали сопоставимы с природными.

Часть организмов приспособилась и сделалась синантропа­ ми — спутниками человека, обитая в местах, населенных че­ ловеком, и в созданных им агроценозах. Однако надеяться на Коэволюция — это тип эволюции сообщества, заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости, таких, к а к растения и травоядные, крупные организмы и их микроско­ пические симбионты, паразиты и их хозяева. Обмен генетической инфор­ мацией между группами минимален или отсутствует.

306 Глава 7. БИОСФЕРА коэволюцию человека и природы в современных условиях нельзя, так как природе не угнаться за человеком, за произво­ димыми им изменениями. Кроме того, при всем социальном и экономическом величии люди остаются биологическими су­ ществами — рождаются, живут и умирают.

Находясь в единой сети жизни, человек подчиняется ее за­ конам, в соответствии с одним из которых:

любой вид м о ж е т существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генети­ ческим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям. В чуждой среде вид существовать не м о ­ жет.

Именно поэтому в природе виды поддерживают среду свое­ го обитания, во всяком случае не разрушая ее. Даже паразиты настолько «разумны», что полностью не уничтожают своих хо­ зяев.

В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, бельгиец Л. Долло (1857— 1931) сформулировал закон необратимости эволюции:

организм не м о ж е т вернуться, хотя бы частично, к пред­ I шествующему состоянию, которое было у ж е осуществ­ лено в ряду его предков.

История развития атмосферы ярко иллюстрирует абсолют­ ную зависимость живых организмов, и прежде всего человека, от других организмов, населяющих биосферу. Однако антро­ погенное воздействие на биосферу, в частности загрязнение воздуха пылью, парниковыми газами (С0 2, СН 4, N 2 0 и др.), фреонами и иными веществами, может нарушить существую­ щую хрупкую стабильность.

7. 4. 2. 3. Развитие т е о р и и э в о л ю ц и и История развития теории эволюции показывает, что концепция непрерывности или постепенного развития более сложных видов из предществующих более простых форм воз­ никла у ряда философов и естествоиспытателей еще в Древнем Китае (Конфуций), в Античную эпоху (Диоген, Демокрит, Аристотель и др.) и в Средневековье, т. е. задолго до формаль­ ного провозглашения эволюционных гипотез в начале XIX в.

7.4. Эволюция — история жизни Французский биолог Ж. Б. Ламарк (1809) выдвинул гипо­ тезу о механизме эволюции, основанную на двух предпосыл­ ках: упражнение и неупражнение частей организма и наследо­ вание приобретенных признаков. Взгляды Ж. Ламарка спо­ собствовали подготовке почвы для принятия эволюционной концепции, но не получили широкого признания.

Несколько раньше священник Т. Мальтус (1798) опубли­ ковал «Трактат о народонаселении», где привлек внимание к репродуктивному потенциалу человека и ярко обрисовал, к чему мог бы привести рост населения, происходящий по экс­ поненте, если бы он ничем не сдерживался.

Ч. Дарвин (1809—1882), вернувшись в 1836 г. из пятилет­ него кругосветного путешествия, совершенного на военном ко­ рабле «Бигль», перенес рассуждения Т. Мальтуса на получен­ ные им в плавании материалы наблюдений за флорой и фауной Галапагосских островов. Сопоставляя огромное количество сведений, он в 1839 г. сформулировал теорию эволюции путем естественного отбора. Считают, что основной вклад Ч. Дарви­ на в науку заключается не в доказательстве существования эво­ люции, а в объяснении, как именно она может происходить.

Одновременно с Ч. Дарвином другой много путешествовав­ ший естествоиспытатель А. Р. Уоллес (1822—1913), изучив труд Т. Мальтуса, пришел к таким же выводам, что и Ч. Дар­ вин. В 1858 г. он изложил свою теорию в письме к Ч. Дарвину.

В июле 1858 г. они выступили с докладами на заседании Лин неевского общества в Лондоне, а уже в ноябре следующего года Ч. Дарвин опубликовал «Происхождение видов путем естест­ венного отбора». Тираж книги был продан за один день, и счи­ тают, что по своему воздействию на человеческое мышление она уступала только Библии.

Теория эволюции, предложенная Ч. Дарвиным и А. Уол­ лесом, была значительно расширена и доработана в свете сов­ ременных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии и экологии и получила название «неодарвинизма», который определяют как теорию органической эволюции пу­ тем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

Теория эволюции завоевала широкое признание 1, однако предстоит еще многое сделать для ее уточнения и приложения Запрет Ватикана на теорию эволюции Ч. Дарвина был снят л и ш ь в 1996 г., а четырьмя годами раньше, в 1992 г., было отменено действие Декрета от 1633 г., осуждавшего Г. Галилея за приверженность гелио­ центрической теории строения Солнечной системы.

308 Глава 7. БИОСФЕРА ко всем наблюдаемым ситуациям. В научных дискуссиях об эволюции давно обсуждается не сам факт ее существования, а то, что она происходит п у т е м е с т е с т в е н н о г о о т б о ­ р а с л у ч а й н о в о з н и к а ю щ и х м у т а ц и й. Современ­ ное объяснение изменчивости живых организмов — это ре з гльтат синт? за теории эволюции, основанной на работах Ч. Дарвина и А. Уоллеса, и теории наследственности, основан­ ной на законах Менделя.

7.4.2.4. Учение о ноосфере Эволюция органического мира, осуществлявшаяся на основании только биологических закономерностей жизнеде­ ятельности и развития, происходила в два этапа:

• возникновение первичной биосферы с биотическим кру­ говоротом (химическая эволюция по А. И. Опарину) примерно 4,6—3,5 млрд лет тому назад;

• усложнение биоценоза как результат появления много­ клеточных организмов (органическая эволюция), начи­ ная примерно с 3,5 млрд лет тому назад.

Возникновение на Земле человеческого общества способст­ вовало выделению третьего этапа эволюции биосферы.

Эволюция центральной нервной системы постепенно пре­ вратила Homo sapiens в самое могущественное существо на земном шаре, по крайней мере по способности изменять функ­ ционирование экосистем и биосферы в целом. Человек долгое время усиливал власть над природой, развивал технический потенциал, увеличивал эксплуатацию природных ресурсов, однако в дальнейшем этот процесс может привести лишь к ка­ тастрофическому разрушению природной среды с последую­ щим снижением качества жизни.

Приняв за исходное биогеохимическую основу биосферы, установленную академиком В. И. Вернадским, французский философ Э. Леруа (1927) предложил понятие ноосферы (от греч. noos — ум, разум;

sphaira — шар), назвав так современ­ ную ему стадию развития биосферы. Э. Леруа и его последова­ тели дали трактовку ноосферы как «мыслящего пласта», заро­ дившегося в конце неогена (около 1 млн лет назад) и с тех пор разворачивающегося над миром растений и животных вне био­ сферы и над ней. В свою очередь В. И. Вернадский принял и в последующие 15—20 лет развил понятие «ноосферы» как сферы разума — высшей стадии развития биосферы, связан­ ной с возникновением и становлением в ней цивилизованного 7.4. Эволюция — история жизни человека, с периодом, когда разумная человеческая деятель­ ность становится главным, определяющим фактором развития на Земле. Окончательно сформулировавшиеся к 1943 г. и опуб­ ликованные в 1945 г. идеи В. И. Вернадского о неотделимости человечества от биосферы указывают на главную цель в по­ строении ноосферы. Она заключается в неизменности того ти­ па биосферы, в которой возник и может существовать человек как вид, сохраняя свое здоровье, образ жизни.

На современном этапе отношения «человек—природа» но­ сят сложный характер. Преобразующая деятельность челове­ ка в биосфере неизбежна, так как с ней связано благосостояние населения. Незнание или нежелание учитывать свойственные природе законы поставило на грань сомнения если не сущест­ вование всей биосферы, то как минимум возможность достой­ ного развития в ней «Человека разумного».

Мозг человека представляет собой «устройство» с низкими количественными и высокими качественными энергетически­ ми характеристиками, а также с огромными способностями к управлению. Однако нельзя не признать, что человек пока не обладает достаточной прозорливостью, чтобы понимать по­ следствия своих действий. Говорить о сегодняшнем состоянии биосферы, как о ноосфере, еще рано. В современном понима­ нии ноосфера — это гипотетическая стадия развития био­ сферы, когда в будущем разумная деятельность людей станет главным определяющим фактором ее устойчиво­ го развития.

Гармония антропогенной деятельности человека и приро­ ды возможна только при • осуществлении контроля численности человечества;

• ограничении чрезмерных потребностей людей;

• рационализации использования природных ресурсов;

• использовании только экологически целесообразных промышленных технологий с максимальной переработ­ кой и применением вторичных материальных и энерге­ тических ресурсов;

• осуществлении глобального мониторинга за состоянием окружающей природной среды и др.

Определенный шаг в направлении перехода биосферы в ноосферу — осознание и провозглашение необходимости пере­ хода мирового сообщества на позиции устойчивого развития.

310 Глава 7. БИОСФЕРА 7.5. Ресурсы биосферы И с т о ч н и к а м и существования живого в биосфере, и л и ее ресурсами, я в л я ю т с я кислород, вода, почва, м и н е р а л ы, расти­ тельность, ж и в о т н ы е и др. Ресурсы д е л я т с я на неисчерпаемые и исчерпаемые (рис. 7.29). Неисчерпаемость Космоса, энергии Солнца, г р а в и т а ц и и и многого другого в масштабе сроков эво­ л ю ц и и человека в биосфере очевидна.

Быстро возобновимые исчерпаемые ресурсы воссоздаются п о п у л я ц и я м и, и м е ю щ и м и большой биотический потенциал (видовая способность к р а з м н о ж е н и ю при отсутствии ограни­ ч е н и й со стороны среды) и большую скорость роста ( т р а в я н а я растительность, ж и в о т н ы е ).

Относительно (медленно и л и не полностью) возобновимые ресурсы я в л я ю т с я с л о ж н ы м и м н о г о к о м п о н е н т н ы м и экосисте­ м а м и (почва, лес). Т а к, почва — результат деятельности поч­ в е н н ы х м и к р о о р г а н и з м о в, растений, грибов и ж и в о т н ы х — способна возродить свое плодородие, но происходит это к р а й н е медленно. Д л я восстановления 1 см т о л щ и н ы плодородного слоя почвы требуется в среднем около 150 лет. В р а з н ы х кли Рис. 7.29. К л а с с и ф и к а ц и я р е с у р с о в п о п р и з н а к а м и с ч е р п а е м о с т и 7.5. Ресурсы биосферы матических и ландшафтных зонах этот процесс идет с разной скоростью. Для восстановления зрелого хвойного леса (устой­ чивое климаксное сообщество) требуется около 100 лет. Моло­ дые леса, не являющиеся устойчивыми сообществами, восста­ навливаются быстрее.

Невозобновимые ресурсы биосферы (например, ископае­ мые руды, осадочные породы и др.) и сейчас образуются при геохимических процессах в недрах, глубинах океана, а также на поверхности земной коры, но скорость их формирования в земной коре или ландшафтной сфере несравнимо меньше скорости их потребления человеческим обществом.

7. 5. 1. Природные ресурсы Часть ресурсов биосферы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут исполь­ зоваться для удовлетворения потребностей человеческого об­ щества, принято называть природными ресурсами (по опреде­ лению А. А. Минца). При этом к природным ресурсам также относят некоторые компоненты недр Земли, которые никому, кроме человека, не нужны и даже вредны (нефть, ртуть, уран и др.).

В настоящее время природными ресурсами называют при­ родное сырье и топливо для производства продуктов потребле­ ния человека.

Важно отметить, что т е л а и я в л е н и я п р и р о д ы становятся определенным ресурсом лишь в том случае, если в них в о з н и к а е т потреб­ н о с т ь. Поэтому объем природных ресурсов меняется в зави­ симости от района земного шара и стадии социально-экономи­ ческого развития общества. Так, в первобытно-общинном об­ ществе потребности человека и его возможности по их удовлет­ ворению путем использования природных богатств были исключительно скромными и не выходили за рамки охоты, рыбной ловли и собирательства.

Потребности общества изменяются с развитием новых тех­ нических возможностей освоения природных богатств. Напри­ мер, нефть была известна как горючее вещество еще за 600 лет до н. э., но в качестве сырья для топлива в промышленных масштабах ее стали использовать лишь в середине XIX в.

Именно с тех пор нефть превратилась в реально доступный энергетический природный ресурс, значение которого неук­ лонно возрастало.

312 Глава 7. БИОСФЕРА До середины XX в. нефть, залегающая в донных отложе­ ниях шельфа Мирового океана, не считалась ресурсом, ибо уровень развития техники не позволял производить ее добычу на шельфе. Лишь в 40-х годах XX в. в акваториях озера Мара кайбо (Венесуэла) и Каспийского моря впервые началась про­ мышленная разработка нефтяных залежей мелководья морей и океанов.

Исходя из первоочередности цели сохранить окружающую среду на нашей планете в неизменном, привычном человеку виде, следует особо отметить, что природными ресурсами для человечества являются абсолютно все ресурсы биосферы, а би ота, обладающая мощнейшей средообразующей и средорегули рующей функцией, есть главный природный ресурс.

7.5.2. Классификация природных ресурсов В зависимости от технического и технологического со­ вершенства процессов извлечения и переработки природных ресурсов, экономической рентабельности, а также с учетом сведений об объемах природного сырья выделяют две катего­ рии природно-ресурсных запасов:

• доступные (доказанные или реальные) запасы — объ­ емы природного ресурса, выявленные современными методами разведки, технически доступные и экономи­ чески рентабельные для освоения;

• потенциальные (общие) ресурсы — ресурсы, помимо доступных, установленные на основе теоретических расчетов и обследований, включая те, которые в настоя­ щее время нельзя освоить по техническим или экономи­ ческим соображениям (например, залежи бурого угля на больших глубинах, запасы пресной воды в ледни­ ках). Кроме того, потребности в природном ресурсе мо­ гут полностью блокироваться технологической невоз­ можностью их освоения в наши дни, например, произ­ водство энергии на основе управляемого термоядерного синтеза. Поэтому потенциальные ресурсы образно назы­ вают «ресурсами будущего».

С развитием научно-технического прогресса потенциаль­ ные ресурсы переходят в категорию доступных.

Разработаны и применяются несколько классификаций природных ресурсов: по природному происхождению, по ви 7.5. Ресурсы биосферы дам хозяйственного использования, по признаку исчерпа емости.

Классификация по происхождению. По указанному при­ знаку природные ресурсы подразделяют на минеральные, кли­ матические, водные, земельные, почвенные, биологические (растительные и животные). Эта классификация не отражает хозяйственной роли ресурсов и их экономического значения, поэтому чаще применяют классификацию по направлениям и формам использования.

Классификация по видам хозяйственного использования.

В зависимости от отнесения к тому или иному сектору матери­ ального использования природные ресурсы подразделяют на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производст­ ва. Ресурсы промышленного производства включают в себя все виды сырья, используемого промышленностью: э н е р г е т и ­ ч е с к и е (горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресур­ сы, биоконверсионная энергия, ядерная энергия) и н е э н е р г е т и ч е с к и е (ресурсы металлургии, химии и нефтехимии, лесопереработки и т. п.).

Классификация по признаку исчерпаемости. По призна­ ку исчерпаемости все природные ресурсы, как и ресурсы био­ сферы, подразделяют н а и с ч е р п а е м ы е и н е и с ч е р ­ п а е м ы е 1 (рис. 7.29).

Неистощимость ресурса подразумевает его бесконечность, хотя бы в сравнении с потребностями в нем. Так, условно неис­ черпаемым ресурсом для первобытных людей была, например, территория Земли. Однако поскольку сегодня численность че­ ловечества растет опасными темпами, а планета имеет совер­ шенно конкретные конечные размеры, то возникли два оче­ видных ограничения:

• на ограниченной в целом Земле не может быть ничего бесконечного (часть не может быть больше целого), а следовательно, для человека нет неисчерпаемых при­ родных ресурсов;

• экспоненциально растущая часть планеты — человече­ ство со своими постоянно увеличивающимися потреб­ ностями легко исчерпывает ресурсы любой емкости.

Ресурсы, которые иногда еще кажутся неисчерпаемыми (например, поток солнечной энергии и иные мощные природ При этом необходимо иметь в виду важное замечание Н. Ф. Рей мерса о том, что выделить группу неисчерпаемых природных ресурсов можно л и ш ь со значительными оговорками.

314 Глава 7. БИОСФЕРА н ы е я в л е н и я ) по сравнению с энергопотреблением человечест­ ва ( р а з н и ц а действительно в е л и к а ;

с м. табл. 6.2) о к а з ы в а ю т с я в действительности резко о г р а н и ч е н н ы м и из-за л и м и т о в потребления.

Контрольные вопросы и задания 7.1. Дайте определение биосферы: какова ее структура?

7.2. Кто впервые ввел в науку термин «биосфера»?

7.3. Назовите основные оболочки Земли.

7.4. Каковы важнейшие аспекты учения В. И. Вернадского о био­ сфере?

7.5. Чем отличается земная кора от мантии и ядра?

7.6. Как отражается на развитии жизни на Земле нарушение равно­ весия о 2 / с о 2 ?

7.7. Почему человек абсолютно зависим от жизнедеятельности и разнообразия других организмов?

7.8. Что такое ноосфера и почему возникло это понятие?

7.9. Возможно ли возникновение ноосферы в результате коэволю­ ции человеческого общества и природной среды?

7.10. Что такое природные ресурсы?

7.11. Как классифицируются природные ресурсы?

7.12. Как формировалась кислородная атмосфера Земли?

ГЛАВА ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ Представления о роли человечества в эволюции Земли, так же как и знания о влиянии экологических факторов на жизнь и здоровье отдельного человека, сложились в основном во второй половине XX в. (см. гл. 1). Базовым положением современного экологического мировоззрения является общ­ ность природы человека со всеми живыми существами Земли и необходимость сохранения современной биосферы для про­ должения жизни человечества. Проблемы взаимодействия природы и общества рассматриваются в этой книге неоднок­ ратно (см. гл. 1, 7, 9, 10).

В настоящее время активно развиваются такие направле­ ния экологии, как экология человека и социальная экология.

Первая изучает закономерности взаимодействия человеческих обществ с окружающей природной средой, а также зависи­ мость здоровья и качества жизни человека от экологических факторов. Вторая посвящена динамике численности и особен­ ностям размещения населения на земном шаре, перспективам развития этносов и стран разных регионов Земли.

Развитие этих научных представлений имеет большое практическое значение для планирования дальнейших путей экономического и социального прогресса человечества, опреде­ ления причин и возможных путей преодоления современного экологического кризиса. Правильное понимание места и роли человека в биосфере необходимо для перехода человечества к сбалансированному («устойчивому») развитию (см. разд. 10.8).

Этнос — биосоциальное, эколого-социально-экономическое и исто­ рико-культурное единство значительной группы (популяции) людей, объективно составляющих и сознающих себя к а к единое целое и проти­ вопоставляющих свою общность другим подобным группам («мы» — «они»). Обычно для этноса характерна общность территории и я з ы к а.

316 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ Человек как биологический вид появился в биосфере срав­ нительно недавно, не более миллиона лет назад, и за столь ко­ роткий срок перестроил биосферу в соответствии со своими потребностями. Дальнейшая судьба человечества зависит от того, насколько оно сможет соотносить свое развитие с фунда­ ментальными природными законами, определяющими сущест­ вование всей биосферы.

8.1. Экология человека 8. 1. 1. Человек как биологический вид Человек является биосоциальным существом и в то же самое время — представителем биологического вида «Человек разумный» (Homo sapiens), принадлежащего к царству живот­ ных, типу хордовых, классу млекопитающих, подклассу пла­ центарных, отряду приматов, семейству гоминид. Другие се­ мейства, входящие в отряд приматов, — это понгиды — круп­ ные человекообразные обезьяны (орангутаны, шимпанзе, гориллы) и хилобатиды — малые человекообразные обезьяны (гиббоны).

Характерной чертой, отличающей человека от животного, является прежде всего речь, способность к которой определя­ ется развитием мозга, а также артикуляционного аппарата.

Речь в свою очередь является средством коммуникации, пла­ нирования совместных действий и, что очень важно, концеп­ туального мышления. Второе важнейшее отличие, связанное с первым, — это наличие крупного, сложного, хорошо разви­ того мозга, в котором увеличено (по сравнению с животными) не только количество нейронов, но главным образом межней­ ронных связей, т. е. усложнена организация всего мозга и преж­ де всего коры его больших полушарий.

Развитие мозга и руки дало возможность применять ору­ дия труда. В свою очередь все эти изменения связаны со спо­ собностью к прямохождению и соответствующему изменению скелета и пропорций тела человека.

Еще человека отличает от животных абстрактное мышле­ ние, поэтому его иногда называют «животным, создающим символы». Слово для людей является не сигналом, как для животных, а понятием. Люди способны к планированию своих действий, словесной передаче опыта, к осознанию таких по­ нятий, как «совесть», «вера», «красота». Кроме того, челове 8. 1. Экология человека ку, в отличие от других видов животных, характерны иные темпы онтогенеза 1, а именно удлиненные периоды эмбриоге­ неза 2 и детства, периода обучения и экономической, а также физиологической зависимости от взрослых.

Появление человека в биосфере было предопределено око­ ло 4,0 млн лет назад 3, когда произошло отделение эволюцион­ ной ветви предков человека. Это, по-видимому, случилось в Африке. Человек же, подобный современному, так называе­ мый «кроманьонский человек» появился в биосфере всего око­ ло 40 тыс. лет тому назад. Если представить всю историю жиз­ ни на Земле в масштабе суток, то можно сказать, что в природе человек появился всего за несколько секунд до полуночи. За этот краткий срок его биологические свойства не изменились, тогда как его бурная социокультурная эволюция изменила лик Земли, в итоге поставив природу под угрозу уничтожения.

Первые люди существовали под властью природы и в ее со­ ставе. Экологическая ниша этого вида определялась прежде всего его положением в трофических цепях. По своему поло­ жению в них человек является консументом (как и всякое жи­ вотное он — гетеротроф, а по типу своего питания — полифаг, т. е. способен питаться пищей разного рода. Многие современ­ ные исследователи и врачи считают, что природой человек более всего предназначен и приспособлен к потреблению рас­ тительной пищи — зерновых и плодов. Сейчас он занимает по­ ложение на вершине трофических пирамид, питаясь различ­ ными видами пищи.

Несмотря на свои уникальные свойства (разум, членораз­ дельная речь, трудовая деятельность, социальное поведение и др.), человек не лишился биологической сущности, и все за­ коны экологии для него справедливы полностью, как и для любого другого живого организма.

Численность первых людей была невелика и контролиро­ валась различными природными факторами согласно природ­ ной экологической нише: с одной стороны — хищниками, Онтогенез (от греч. ontos — сущее и genos — происхождение) — индивидуальное развитие особи, включая всю совокупность ее преобразо­ ваний от зарождения до конца ж и з н и, или «история индивидуальной ж и з н и ». Термин введен Э. Геккелем (1866).

Эмбриогенез (от греч. embryon зародыш и genos — происхожде­ ние) — ранний период развития особи.

Встречаются оценки от 4 до 8 млн лет, в частности, по расчетам С. П. К а п и ц ы, это произошло 4,5 млн лет назад.

318 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ паразитами, с другой стороны — конкурирующими видами че­ ловекообразных, внутривидовой борьбой. Кроме того, со вре­ менем численность человека регулировалась истощением кор­ мовых ресурсов. По возможностям географического распрост­ ранения Homo sapiens является панойкуменным видом, т. е.

способен обитать на различных участках и в различных кли­ матических зонах планеты, хотя как биологический вид чело­ век может обитать только в пределах суши экваториального пояса (в тропиках и субтропиках) до высоты 3—3,5 км над уровнем моря.

Современный человек расширил границы местообитания:

расселился во всех широтах, освоил глубины океана и косми­ ческое пространство. Однако за пределами первоначального ареала он может выжить не благодаря физиологической адап­ тации, а с помощью специальных защитных устройств и при­ способлений (отапливаемые жилища, одежда, кислородные приборы и т. д.). Они имитируют среду обитания человека по­ добно тому, как это делается для экзотических животных и растений в зоопарках, ботанических садах, океанариях. Тем не менее в отдельных случаях все экологические факторы воспроизвести не удается, как, например, гравитацию в кос­ мическом полете, после которого космонавтам требуется ре­ адаптация.

Выход человека из-под контроля среды начался примерно 10 тыс. лет назад, когда впервые появились признаки сельско­ го хозяйства. Именно тогда люди перестали зависеть от ресурс­ ной кормовой базы и начался постепенный рост их численнос­ ти, больший, чем предусмотрено законами биосферы.

В XIX—XX вв. проявились признаки нового мирового демографического перехода — демографического взрыва.

В 1960—1965 гг. человечество насчитывало 3,5 млрд человек, а к концу века эта цифра почти удвоилась, достигнув 6 млрд.

По прогнозам в 2007 г. нашей эры население планеты будет на­ считывать 7 млрд человек.

Очевидно, что биосфера как единая биологическая система обладает соответствующей емкостью и при своих природных ресурсах способна прокормить лишь ограниченное количество людей. При этом численность народонаселения, которое био­ сфера может прокормить, зависит и от уровня потребления людей. Обычно считают, что уровень жизни человека опреде По расчетам специализированных организаций ООН это произо­ шло в октябре 1999 г.

8.1. Экология человека ляется численностью населения страны, валовым националь­ ным продуктом (экономическим развитием страны), а также экологическим сознанием, воспитанием и культурой, т. е. ха­ рактером потребностей человека. Поэтому воздействовать на будущее нашего вида в биосфере возможно, не только влияя на численность народонаселения, но и изменяя сознание человече­ ства и каждого человека в отдельности так, чтобы люди не стре­ мились превысить некоторый разумный уровень потребления ресурсов биосферы и прежде всего энергетических ресурсов.

8.1.2. Полиморфизм 1 популяции человека Биологи выделяют несколько подвидов человека — ра­ сы: европеоидная, австрало-негроидная, монголоидная и аме риканоидная (американские индейцы).

Ряд исследователей разделяют австрало-негроидную расу на две: австралийскую и негроидную. Каждая из рас представ­ ляет собой морфофизиологический (структурно-функциональ­ ный) тип человека. Расы человека характеризуются опреде­ ленным телосложением, биохимической конституцией (т. е.

гормональным статусом, уровнем артериального давления, ак­ тивностью ферментов), предрасположенностью или устойчиво­ стью к определенным болезням, преобладанием некоторых психологических черт. Психофизиологический тип человека иногда называют конституцией. В каждой расе существует не­ сколько типов конституций, при этом частота их встречаемос­ ти в известной мере связана с экологическими условиями про­ живания конкретной расы.

8.1.3. Среда обитания человека Среду обитания человека так же, как и любого живого организма, можно подразделить на несколько условных ти­ пов:

• информационная среда, которую можно считать фильт­ ратом внешних впечатлений, поступающих в мозг, ко­ торые зависят от видовых особенностей рецепторов, т. е.

Полиморфизм (от греч. polymorphe — многообразный) — наличие в пределах одного вида резко отличных по облику особей, не имеющих переходных форм;

частный случай — половой диморфизм.

320 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ органов чувств. Для человека понятие информационной среды усложняется по сравнению с животными на не­ сколько порядков в связи с наличием большого количе­ ства видео- и словесной информации, т. е. того, что мы называем культурной средой;

• минимальная среда, т. е. наличие тех необходимых ре­ сурсов, без которых невозможна сама жизнь;

• физиологическая среда жизни, т. е. минимальная среда плюс наличие условий обеспечения некоторых более сложных потребностей, которое человек, как и любой другой живой организм, получает из среды. Это, напри­ мер, не просто питание, а полноценное питание или обеспечение потребности в движении и многое подоб­ ное;

• экологическая среда или непосредственная среда жизни (среда обитания каждого человека или группы лю­ дей) — самое широкое понятие. Она зависит от мно­ гообразных экологических связей с окружающими ор­ ганизмами, как непосредственно обеспечивающими по­ требности людей, так и с другими организмами Земли.

Таким образом, II экологическая среда — это вся природная среда.

В свою очередь среда жизни каждого отдельного человека, окружающая его как в природных экосистемах, так и в усло­ виях городского или сельского существования, также подраз­ деляется на несколько видов:

• собственно природная среда, т. е. те природные экосис­ темы, в которых живет данная группа людей. Этот вид среды имеет свойство самоподдержания и саморегуля­ ции. Человек ощущает энергетическое состояние среды, т. е. наличие определенных климатических условий, электромагнитных полей, атмосферные условия, вод­ ную компоненту среды, ландшафт, облик и состав био­ логического окружения. Кроме того, он находится под властью биологических ритмов, так или иначе связан­ ных не только с общебиосферными, но и с космически­ ми циклами;

• агротехническая среда: сельскохозяйственные угодья, культурные ландшафты, зеленые насаждения, построй­ ки, бульвары, сады и т. п. Этот вид среды требует уси­ лий человека по ее поддержанию, ибо это полуискусст 8.1. Экология человека венные агроэкосистемы. В городах и на производстве люди окружены полностью искусственной средой.

Внутреннее пространство жилищ и производственных помещений, транспорт, культурно-архитектурная сре­ да, среда вещей и прочее полностью созданы человеком и не могут без него существовать;

• социальная среда, в которой живет человек, его куль­ турно-психологическое окружение, социум и та часть информационной среды, которая по своему происхож­ дению связана с культурой, а не с природой.

Социальная среда вырастает из биологической среды (сооб­ щество, этнос, семья и т. п.), но не может быть сведена к ней.

Таким образом, социальная среда жизни человека — это сле­ дующий уровень организации живой материи. С позиций са­ мого человека качество жизни и качество среды определяются его базовыми потребностями. Однако с позиций природы каче­ ство жизни человечества, включая возможность его выжива­ ния, помимо прочего определяется возможностями природы (т. е. биосферы), в том числе саморегуляции под воздействием антропогенных факторов, к которым относятся перенаселение (демографический взрыв), антропогенное загрязнение биосфе­ ры, а также исчерпание ее ресурсов.

8.1.4. Биологические потребности человека Потребности человека делятся на несколько групп:

• элементарные потребности: пища, одежда, жилище, воздух,вода;

• вторичные потребности в конкретных вещах и условиях при возможности их выбора;

• псевдопотребности, т. е. потребности в предметах роско­ ши и следовании каким-то привычкам.

Различают также базовые и важнейшие биологические по­ требности человека, а также псевдопотребности.

Базовые биологические потребности. К ним, помимо пи­ щи, воздуха, воды, одежды и жилища, можно отнести более сложные, но необходимые для человека условия:

• безопасность;

• тепловой, акустический, электромагнитный комфорт;

• состав воздуха, не приводящий к физиологическим или генетическим аномалиям и неприятным ощущениям;

11 Экология 322 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ • питьевая вода, не только не загрязненная и не угрожаю­ щая здоровью, но и приятная на вкус;

• сбалансированность питания, включая калорийность пищи, обеспечивающей энергетические потребности че­ ловеческого организма, а также наличие незаменимых элементов пищи, таких, как незаменимые аминокисло­ ты, витамины, жиры, белки, углеводы;

• определенные вкусовые характеристики пищи и ее без­ вредность, т. е. экологическая чистота;

• продолжение рода и получение сексуального удовлетво­ рения.

Важнейшие биологические потребности. К ним относятся:

• полноценный сон и отдых, т. е. релаксация;

• защита от заболеваний и антропогенных загрязнений;

• пространственный комфорт (определенное место в про­ странстве для каждого человеческого существа — жизнь без переуплотнения);

• комфорт природной (биогенной) среды, причем необхо­ дима именно та природная среда, к которой историче­ ски адаптирована данная группа людей;

• ландшафтная природная среда (определенная высота над уровнем моря, наличие или отсутствие определен­ ных ветров, диапазон колебаний температуры и влаж­ ности атмосферного воздуха и т. п.);

• подвижность и труд (гиподинамия — одна из базовых причин многих типичных болезней городского населе­ ния);

• информация, необходимая для здоровья и развития мозга (причем немаловажны и объем, и качество этой информации);

• биолого-социальный климат, т. е. определенное поло­ жение в иерархической структуре общества.

К естественным, эволюционно сложившимся потребнос­ тям относят и потребность в сопереживании, т. е. одной из эмоциональных основ поведения человека в социуме, а также наличие индивидуального участка в труде и жизни.

Из перечисленных потребностей видно, что многие из них на первый взгляд кажутся присущими лишь человеку, но на самом деле являются биологически обоснованными и эволю­ ционно сложившимися. Поэтому они свойственны не только человеку, но и другим живым существам, особенно высшим животным, родственным человеку.

8. 1. Экология человека Осознание своих истинных потребностей очень важно для человека, ибо в соответствии с ним человек выстраивает свою субъективную систему ценностей. Когда эти ценности, а также представления об успехе в жизни и о комфорте опираются на естественные потребности и стремление к их реализации, тог­ да гарантирован успех не только в социальной, но и в личной жизни: ощущение счастья, комфорта и т. д.

Псевдопотребности. Если биологические потребности не реализуются, то они заменяются псевдопотребностями, на­ пример, в агрессии или лидерстве путем агрессии, либо в пред­ метах роскоши. Подобная псевдокомпенсация в конечном сче :

те ведет не только к асоциальному поведению человека, но также и к нарушению многих экологических законов, т. е.

правил поведения человека в природе.

В физиологическом плане потребности человека и возмож­ ность их реализации тесно связаны с эмоциями, а эмоции в свою очередь являются очень важной составляющей мысли­ тельного процесса — интеллектуальной деятельности человека.

Эмоциональные мотивации нашей деятельности способствуют успеху обучения, запоминания, повышению работоспособнос­ ти как физической, так и интеллектуальной. Отрицательный эмоциональный фон, связанный с невозможностью удовлетво­ рить свои естественные потребности, ведет к постоянному стрессовому состоянию человека.

8.1.5. Экологические факторы и здоровье человека Понимание здоровья у людей в разные времена сущест­ венно различалось. Существуют следующие основные концеп­ ции здоровья:

• общепринятой концепцией здоровья с древних времен и по наше время считается просто отсутствие болезней.

Такое понимание здоровья бытует с начала нашей эры, и его можно встретить в работах и древних, и средневе­ ковых, и современных врачей;

• по биологическим представлениям здоровье — это спо­ собность организма сохранять гомеостатическое равно­ весие, т. е. устойчивость регуляционных систем орга­ низма;

• по определению Всемирной организации здравоохране­ ния (ВОЗ) здоровье — это позитивное состояние, харак 324 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ теризующее личность в целом, т. е. состояние физиче­ ского, духовного и социального благополучия.

Одним из главных показателей и следствий здоровья насе­ ления является такой социально значимый фактор, как работоспособность.

Поскольку с биологических позиций здоровье представля­ ет собой состояние гомеостатического равновесия, широкой адаптивности и резистентности, то современное понятие здо­ ровья расширяется от узкого до более широкого понимания здоровья разных видов организмов, сообществ и даже эко­ систем.

Рассмотрим некоторые наиболее типичные п а т о л о г и ­ ч е с к и е с о с т о я н и я и б о л е з н и человека. Прежде все­ го надо отметить, что патологическое состояние в каждом от­ дельном организме, у каждого отдельного человека возникает чаще всего не сразу, а путем накопления усталости, некомпен­ сированных стрессовых состояний, т. е. того, что в медицине часто называется состоянием «предболезни». Классифицируя болезни, их можно разделить на несколько основных групп.

Наследственные болезни. Первая группа — это наследст­ венные заболевания, возникающие у носителей мутантных ге­ нов. При простом (менделевском) наследовании это наличие одного мутантного гена. Примерами таких болезней, которые вызваны мутациями (генными или хромосомными), являются синдром Дауна, появляющийся вследствие нарушений хромо­ сомного набора, а также фенилкетонурия — болезнь обмена веществ, следствие генной мутации, грозящая ребенку умст­ венной отсталостью, если он с самого рождения не получает особое (диетическое) питание. Генные мутации — причина та­ ких болезней, как, например, опухоль сетчатки (ретинобласто ма) и гемофилия.

Часто встречается наследственная предрасположенность к болезням как результат полигенного наследования: к язвен­ ным и сердечно-сосудистым заболеваниям, сахарному диабету, различным видам аллергий.

Наследственные болезни в значительной степени связаны с условиями окружающей человека среды. В частности, мута­ ции могут появиться в организме не только самопроизвольно, но и под действием определенных факторов среды, называе­ мых мутагенными. Главным мутагенным фактором среды яв­ ляются ионизирующие излучения (радиация). Выявлен ряд химических мутагенов, поступающих в окружающую при­ родную среду от многих химических производств. Мутагенное 8. 1. Экология человека действие оказывает и ряд вирусных заболеваний, делающих более изменчивой наследственность отдельного человека и вы­ зывающих наследственные предрасположения к патологиям.

Экопатологии. Это болезни, вызванные факторами среды.

Прежде всего, это «болезни образа жизни», связанные преиму­ щественно с недостаточностью или с избыточностью питания.

При недостаточном питании содержание витаминов, микро­ элементов, белков в пище ниже нормы, что приводит к тяже­ лым нарушениям здоровья. При избыточном питании развива­ ется ожирение, которое ведет к таким тяжелым патологиям, как диабет, рак, сердечно-сосудистые болезни. Поэтому избы­ ток или дисбаланс питания играет не менее губительную роль, чем его недостаток.

Важный патогенный фактор — избыток рафинированной пищи, потребляемой населением экономически развитых стран, особенно жителями городов. Излишнее потребление животных жиров, сахара, различных консервов, колбас, копченостей — все это способствует возникновению ряда системных болезней как пищеварения, так и всего организма в целом.

Среда обитания человека также является источником «стрессорных» воздействий. Это прежде всего факторы воздей­ ствия физического и химического стрессов. Факторы физи­ ческого стресса связаны с нарушениями светового, акустиче­ ского или вибрационного режима, а также уровня электромаг­ нитных излучений. Как правило, отклонение от норм этих факторов характерно для городской или производственной среды, где чаще всего и в наибольшей степени нарушаются ус­ ловия, к которым эволюционно адаптирован человеческий ор­ ганизм. Факторы химического стресса чрезвычайно многооб­ разны. В последние годы синтезировано более 7 тыс. различ­ ных веществ, ранее чуждых для биосферы, — ксенобиотиков (от греч. xenos — чужой и biote — жизнь). Редуценты в естест­ венных экосистемах не справляются с таким количеством чуждых веществ, для разложения которых в природе не су­ ществует специализированных биохимических механизмов, поэтому ксенобиотики представляют собой опасный вид за­ грязнений. Организм человека также не справляется с этими чужеродными искусственными веществами, ибо не имеет средств их детоксикации.

Помимо физических и химических стрессов, на человека в современном мире воздействуют стрессы перенаселения, ха­ рактерные для больших городов. Он попадает в многочислен­ ные психологические стрессовые ситуации напряженной соци 326 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ альной жизни. При этом важно, что человек сталкивается со стрессорными факторами не только в реальных ситуациях, но и в виртуальных, возникающих от избытка информации, пос­ тупающей благодаря телевидению, радио, при использовании персональных компьютеров. И наконец, сам характер (содер­ жание) поступающей информации часто приводит организм человека к стрессовым состояниям.

Понятие «стресс» было введено в медицину и в физиоло­ гию Г. Селье в 30-х годах XX века, который рассматривал стресс как неспецифическую реакцию человеческого организ­ ма, возникающую в ответ на повышенные требования среды, и дал ей определение «адаптационный синдром». Такое опре­ деление приемлемо для стрессов, вызванных самыми различ­ ными причинами, и характеризует механизмы адаптации раз­ нообразных живых систем. Стресс как у животных, так и у человека является неспецифической нейрогуморальной 1 ре­ акцией организма, осуществляемой путем мобилизации нерв­ ной и гуморальной систем для адаптации к предъявленным требованиям среды. Состояние стресса — важнейший фактор регулирования размножения всех живых существ, т. е. фактор регулирования численности популяций. Различают несколько фаз стресса.

• Первая фаза — фаза тревоги или мобилизации, когда нервная система, точнее рецепторы, воспринимают сиг­ налы из внешней среды, а нервные центры, оценив их значимость, передают команду гуморальной системе.

После сложной цепи взаимодействий выделяются «гор­ моны стресса» — главным образом это гормоны надпо­ чечников.

• Вторая фаза — фаза сопротивления, в которую далее вступает организм, когда под влиянием гормонов стрес­ са все органы и системы организма начинают работать в режиме повышенной активности.

• Третья фаза может протекать различными путями. Ес­ ли организм справился со стрессовыми воздействиями и вышел на более высокий уровень адаптивности, то это — фаза компенсации (эустресс). Повторяющиеся эустрес Гуморальная регуляция (от лат. humor — жидкость) — один из ме­ ханизмов координации процессов жизнедеятельности, осуществляемый через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с по­ мощью биологически активных веществ, среди которых важную роль иг­ рают гормоны.

8.1. Экология человека сы с возрастающей нагрузкой ведут к реакции трени­ ровки и к большей адаптированности организма. Пре­ одоленный стресс выводит человеческий организм на новый, более высокий уровень толерантности.

Если возникает истощение организма, зачастую приводя­ щее к болезни или даже к смерти, — это и с т о щ а ю щ и й с т р е с с (дистресс). Исход стресса зависит не только от харак­ тера и силы воздействия вызвавшего его фактора, но также и от исходного физиологического состояния организма. Чем бо­ лее организм устойчив (здоров и адаптивен), чем лучше все его системы сохраняют гомеостатическое равновесие, тем больше шансов на благоприятный исход стресса.

Природноочаговые заболевания (эндемические). Другой большой группой экопатологий, т. е. болезней, связанных с неблагоприятной средой, являются природноочаговые забо­ левания. Они вызваны тем, что человек живет либо в местнос­ ти, где обитают возбудители какой-либо болезни (например, клещевого энцефалита, переносимого клещами), либо в районе земного шара, имеющем геохимические или геофизические особенности.

Особенности биогеохимических провинций — крупных территорий, характеризующихся специфическими особеннос­ тями состава биосреды, влияют на здоровье людей, а также на видовой состав биоты. Особые биогеохимические провинции могут характеризоваться: вулканической и флюидной актив­ ностью геосферы;

аномалиями физических полей Земли;

тек­ тоническими явлениями;

явлениями выветривания или разру­ шения горных пород;

особенностями поступающего солнечно­ го излучения и биогеохимических реакций;

особым режимом изменения температуры, выпадения осадков, активности вет­ ров. Все это влияет на почвообразование, растительный по­ кров, а также на здоровье людей.

Примерами биогеохимических провинций являются внут­ ренняя Монголия, бассейны рек Ху-бао и Желтой. Эти местнос­ ти обогащены мышьяком, фтором, ионами хлора и сульфат ионами, углеводородами, органическими веществами. Харак­ терные эндемические болезни, возникающие в этих районах, — отравление мышьяком, флюороз и диарея. В Китае есть районы, в которых воды и почвы обогащены хромом, никелем и ванади­ ем. У людей в этих районах очень часто встречается рак желуд­ ка. Существуют значительные территории, где воды обогащены фтором. Там распространен зубной и костный флюороз. На зем­ ном шаре немало мест, где отмечается недостаток йода, и там 328 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ эндемическими заболеваниями являются заболевания щитовид­ ной железы и кретинизм. Избыток селена в окружающей среде ведет к отравлениям и зачастую к раку легких, тогда как его не­ достаток приводит к появлению болезни Кешана.

На территории России избыток стронция на фоне недостат­ ка кальция, а также интоксикация фосфором и марганцем ха­ рактерны для Восточной Сибири. В этом случае возникает так называемая «уровская» болезнь, т. е. артроз одновременно с деформирующим остеохондрозом. В Карело-Кольском реги­ оне при значительном недостатке фтора и йода в водах и почве наблюдаются повышенная заболеваемость кариесом и наруше­ ния функции щитовидной железы. В бассейне реки Волга, осо­ бенно в Мордовии, где имеется избыток фтора, чаще, чем в других местах, встречается флюороз.

Локальные участки поверхности Земли, имеющие анома­ лии физических полей, называются геопатогенными зонами.

С ними связано явление «геопатогенного стресса», вызываю­ щего учащенный пульс, повышенное артериальное давление, бессонницу, кошмары, раннюю смертность. Эти явления встре­ чаются в местах, где выявлены разломы литосферы, поэтому их часто связывают с наличием радона, который через разло­ мы выходит на поверхность из недр Земли. Известно геопато­ генное влияния на людей, оказываемое в сейсмоопасных райо­ нах, особенно перед землетрясением. Именно там возникают мощные аномалии физических полей Земли, служащие при­ чиной биохимических сдвигов в организме человека, а также изменений в поведении животных. У людей в таких местах возникает депрессия, изменяется формула крови, часто возни­ кают приступы сердечной недостаточности.

Значительный вклад в данные по геопатологии внесен науч­ ной школой гелиобиологии, основанной А. Л. Чижевским, ко­ торый впервые показал основополагающее влияние солнечной активности на различные биосферные процессы, в том числе и на изменение патогенности возбудителей различных заболева­ ний. Солнечная активность играет большую роль в изменениях геомагнитной обстановки на Земле. Прогнозы, построенные на основании изучения периодичности активности Солнца, имеют очень важное экологическое и медицинское значение.

Болезни старения. Крупная группа болезней и патологиче­ ских состояний человека связана с возрастными изменениями.

Это так называемые болезни старения: ожирение, рак, диабет, гипертония — синдромы, связанные не только с возрастом, но и с экологическими факторами. Понятие биологического воз 8.1. Экология человека раста отражает определенный комплекс морфофункциональ ных изменений организма, простым показателем которых яв­ ляются работоспособность и адаптивность человека, его функ­ циональная активность. Возрастные изменения наступают у каждого отдельного человека не только в соответствии с его астрономическим возрастом, но также в зависимости от факто­ ров окружающей среды. Все экопатологии ведут к преждевре­ менному старению, что особенно хорошо видно в местах эколо­ гических бедствий, экологических катастроф, в местах, где от­ мечены геопатологические явления.

8.1.6. Защитные системы организма человека Организм человека имеет ряд защитных систем, кото­ рые противостоят неблагоприятным воздействиям внешней среды, поэтому при различных экопатологиях поражаются в первую очередь.

Первой защитной системой являются кожные покровы, а также слизистые оболочки легких и пищеварительного трак­ та. Через них поступают различные вредные вещества, раство­ ренные в воде или просто находящиеся в атмосферном возду­ хе. Для территорий с повышенным химическим загрязнением характерны различные типы легочных заболеваний, заболева­ ний верхних дыхательных путей, а также разнообразные кож­ ные болезни.

Второй защитной системой организма является печень, об­ ладающая способностью детоксикации вредных веществ (и да­ же ядов), попавших в организм вместе с пищей. Если печень человека оказывается перегруженной токсическими вещества­ ми, то возникают такие тяжелые болезни, как цирроз и онко­ логические заболевания.

Главной защитной системой, предназначенной для защи­ ты целостности и здоровья организма, является иммунная сис­ тема. Она включает процессы и средства клеточной и гу­ моральной защиты от бактериальных загрязнений внешней среды и чужеродных белков, т. е. от попавших в организм бак­ терий и прочих возбудителей заболеваний биологического про­ исхождения. В случае, когда иммунная система испытывает экологический стресс, ее работа нарушается.

Заболевания иммунной системы очень характерны для на­ шего времени. Первая стадия таких заболеваний связана с ее 330 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ гиперчувствительностью, п р и в о д я щ е й к р а з л и ч н ы м т и п а м ал­ л е р г и й. Вторая стадия обусловлена и м м у н о д е ф и ц и т о м — исто­ щ е н и е м и м м у н н о й системы, которое ведет к тому, что ор­ г а н и з м к а т а с т р о ф и ч е с к и теряет сопротивляемость к л ю б ы м болезням и п о р а ж е н и я м. Чувствительность человеческого ор­ г а н и з м а к агрессии о к р у ж а ю щ е й среды зависит т а к ж е и от его возрастных особенностей.

8.1.7. Онтогенез человека, или этапы индивидуальной жизни Онтогенез человека делится на н е с к о л ь к о к р у п н ы х пе­ риодов, которые свойственны р а з в и т и ю всех многоклеточных существ и особенно в ы с ш и х ж и в о т н ы х, сходных с человеком.

Прежде всего это эмбриогенез, т. е. тот период р а з в и т и я, который проходит у человека в утробе матери под з а щ и т о й спе­ циального барьерного органа — плаценты. В свою очередь эмб­ риогенез, д л я щ и й с я 9 м е с, состоит из нескольких принци­ п и а л ь н ы х этапов. П е р в ы й этап связан с оплодотворением, т. е.

с самим фактом встречи родительских половых клеток. В это время зародышевые к л е т к и подвержены в л и я н и ю естественного отбора, т а к к а к далеко не все родительские к л е т к и способны к дальнейшему развитию. Второй этап, с которого начинается эмбриогенез, — это превращение одной к л е т к и — оплодотворен­ ного я й ц а — в многоклеточный организм (дробление). Третий этап связан с началом д и ф ф е р е н ц и а ц и и (специализации) клеток в организме и знаменуется появлением в нем трех первичных типов т к а н е й. П р и этом в зародыше происходит перемещение клеточных пластов, а затем начинается этап органогенеза, т. е.

з а к л а д к а и образование р а з л и ч н ы х органов и систем организма, характеризуемый с л о ж н ы м и я в л е н и я м и дифференциации кле­ ток и объединением их в структуры. К двум месяцам р а з в и т и я складывается з а щ и т н а я система материнского организма — плацента, которая в дальнейшем и питает, и з а щ и щ а е т разви­ в а ю щ и й с я плод. В остальные семь месяцев р а з в и т и я человека под защитой плаценты его органы приобретают функциональ­ ную активность и быстро растут.

З н а ч и т е л ь н ы м и д р а м а т и ч н ы м д л я человеческого организ­ ма я в л я е т с я появление на свет, т. е. р о д ы. Этот период т а к ж е подвержен действию естественного отбора: не все з а р о д ы ш и благополучно доходят до к о н ц а эмбриогенеза и благополучно р о ж д а ю т с я на свет. Далее наступает период детства, п е р в ы м 8. 1. Экология человека этапом которого является грудное вскармливание, когда в те­ чение года особенно важным для человека является фактор питания. За это время происходят большие изменения в нерв­ ной системе, созревают рецепторные системы (органы чувств), у ребенка закладывается интуитивный образ мира.

Следующий этап детства продолжается до шести-семи лет, когда окончательно созревает нервная система и вместе с ней способность к познанию окружающего мира. Увеличивается количество извилин в коре больших полушарий головного мозга, ребенок активно обучается, у него созревают условно рефлекторные связи, т. е. в нервных связях запечатлевается жизненный опыт. Период детства сменяется препубертатным периодом, когда начинается и постепенно на протяжении не­ скольких лет происходит созревание эндокринной системы, завершающееся наступлением юношеского периода, когда у под­ ростка созревает репродуктивная система и половые гормоны включаются в эндокринную систему регуляции организма. Та­ ким образом, нервная система и эндокринная система, т. е. две координирующие системы организма, окончательно созревают уже после рождения ребенка.

Все эти сложные процессы роста и созревания завершают­ ся в среднем к 18 годам у женщин и к 20—21 году у мужчин, после чего следует длительный репродуктивный период — пе­ риод мощной и согласованной работы всех систем организма.

Это период воспроизведения, размножения и наивысшей рабо­ тоспособности человеческого организма во всех отношениях.

После завершения репродуктивного периода (у женщин к 45—50 годам, у мужчин — несколько позже) начинается пе­ реход к периоду старения, в котором принято выделять не­ сколько стадий: климакс, пожилой возраст и долгожитель­ ство, начинающееся в наше время после 90 лет.

Созревание, согласованная работа и последующее старение у людей различных рас приходятся на несколько разный астро­ номический возраст. Вместе с тем возрастные характеристики связаны с состоянием окружающей человека среды. Ряд фак­ торов среды обитания способствуют как более раннему созрева­ нию, так и более раннему старению человеческого организма.

В онтогенезе человека, как и других живых существ, выде­ ляют некоторые моменты, которые принято называть «критиче­ скими», т. е. наиболее чувствительными к повреждающим фак­ торам и условиям среды. Так, первый период онтогенеза, связан­ ный с оплодотворением, размножением, перемещением клеток, органогенезом, безусловно, является критическим. Также и пос 332 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ ле рождения переход от каждого очередного периода онтогенеза к последующему связан с изменениями в управляющих систе­ мах организма, следовательно, является критическим.

Все эти «чувствительные точки» являются возрастными мишенями для действия стрессорных факторов окружающей среды. По данным медицинской статистики соответствующие возрастные группы людей характеризуются повышенной забо­ леваемостью и смертностью.

Человеческая популяция, для того чтобы воспроизводиться полноценно, должна подвергаться воздействию фильтра — есте­ ственного отбора, который отметает, приводит к гибели наиме­ нее жизнеспособные особи. Наиболее результативно действие естественного отбора происходит именно в те моменты, которые были названы критическими периодами. В частности, из всех оплодотворенных яйцеклеток у человека до конца эмбриональ­ ного периода доходит не больше половины. Подверженными влиянию естественного отбора оказываются зародыши, несу­ щие какие-либо летальные гены, а также те или иные уродства.

Детеныши, больные из-за мутантных генов (хромосомных изменений), а также в результате нарушений развития в тече­ ние эмбриогенеза, нежизнеспособны в условиях дикой приро­ ды и, скорее всего, были бы ею «отбракованы». Однако разви­ тие медицины и общее повышение уровня жизни человека, особенно в XIX и XX вв., вывело человеческую популяцию из-под влияния естественного отбора, и поэтому у человечества накопился достаточно значительный генетический груз. В на­ ше время известно более двух тысяч наследственных болезней человека, вызванных различными мутациями.

С другой стороны, если родительские клетки не содержат мутантных генов, но в течение эмбриогенеза происходят ка­ кие-либо нарушения развития, то зародыш превращается в не­ полноценного, «дефектного» ребенка. Вещества, вызывающие нарушения эмбрионального развития и приводящие к возник­ новению уродств, называются тератогенами, а соответствую­ щий эффект — тератогенным.

Если уродства возникают в течение эмбриогенеза, то в при­ роде такие маленькие человеческие существа были бы нежиз­ неспособны. Однако современная медицина позволяет им вы­ жить. Такие люди, несущие уродства или мутантные гены, иногда могут давать потомство, тем самым отягощая генетиче­ ский груз человечества.

Все это привело к тому, что в настоящее время до 30% но­ ворожденных имеют те или иные отклонения либо в строении, 8. 1. Экология человека либо в функциональной деятельности различных систем орга­ низма, причем до 10% из них могут обладать значительными отклонениями в своей морфологии, т. е. уродствами.

Следовательно, экологическая агрессия воздействует на различные системы, функции формирования и развития чело­ века. Основными мишенями воздействия агрессивных факто­ ров среды являются: генетический аппарат, репродуктивная функция и иммунная система.

Генетический аппарат. Воздействие непосредственно на генетический аппарат — гены, хромосомы, ДНК половых кле­ ток приводит к мутагенному эффекту, что^. характерно для ра­ диационного воздействия. '' Канцерогенный эффект может возникать, когда различ­ ные изменения в ДНК происходят не в половых, а в других клетках организма. При этом трансформация различных тка­ ней и клеток в опухолевые может происходить под влиянием не только радиации, но и ряда химических веществ.

Токсические воздействия могут вызвать тератогенный эф­ фект, т. е. возникновение уродства у плода вследствие наруше­ ний в процессе развития, или же эмбриотоксический эффект, т. е. врожденные изменения и болезни, не связанные с появле­ нием уродств, но ведущие к тяжелым функциональным пора­ жениям, например, нервной системы. Они часто вызываются алкоголем и вирусными заболеваниями.

Репродуктивная функция. В результате действия различ­ ных повреждающих факторов среды может нарушаться также репродуктивная функция мужчин и женщин. Так, в Москве в настоящее время на 50% выросло количество бесплодных мужчин и значительно увеличилось количество страдающих бесплодием женщин. Изменения в репродуктивной функции связаны не только с химическим воздействием на половые железы, но также могут быть и результатом стресса, недоста­ точности или извращения питания, а также следствием повреж­ дений на различных этапах матричного синтеза в клетках, вы­ зываемых некоторыми антибиотиками и лекарственными пре­ паратами.

Иммунная система. Мишенью действия токсичной среды является также иммунная система, чувствительность которой повышается при действии пестицидов, промышленной пыли и других техногенных факторов.

Метаболизм. Метаболизм человека — важная мишень ток­ сического влияния техногенной среды. Прежде всего происхо 334 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ дит поражение печени тяжелыми металлами, алкоголем, ин­ фекционной патологией, некоторыми вирусами.

Нервная система. Нервная система — серьезная мишень техногенного воздействия. Воздействие на центральную нерв­ ную систему ведет к болезням, которые называют неврозами, а также страдает вегетативная нервная система и рецепторы.

В частности, рецепторы (органы чувств человека) могут сильно повреждаться такими факторами среды, как изменение свето­ вого режима, вибрации, шумовые перегрузки и др.

Воздействие стрессоров 1 на человека вызывает эффект на­ пряжения и перенапряжения и может привести к дистрессу.

В зависимости от исходного состояния человека при дистрессе возможны самые разнообразные последствия.

Желудочно-кишечный тракт. Мишенью агрессивного дей­ ствия среды является микрофлора, на которую воздействуют различные отравляющие вещества, содержащиеся непосредст­ венно в пище или в воде, в результате чего возникает очень тя­ желая и достаточно распространенная в наше время болезнь — дисбактериоз.

8.1.8. Адаптация к экстремальным условиям Вид Homo sapiens характеризуется широкими спо­ собностями к адаптации и полиморфизмом (разнообразием в проявлении внешних признаков). Это позволило людям рас­ селиться по всему земному шару, освоив различные климати­ ческие зоны, географо-биологические условия и приспособив­ шись к различным диетам 2.

С генетических позиций это означает, что человек облада­ ет широкой «нормой реакции» многих генетических свойств.

Автор концепции «нормы реакции» (Ф. Добржанский) опреде­ лил ее как «полный спектр, весь репертуар различных путей развития, которые могут выявиться у носителей данного гено­ типа в любой среде».

Природные экосистемы, в которых живут отдельные попу­ ляции людей, многообразны. Исторически сложившиеся попу­ ляции, приспособленные к определенным природным услови­ ям, условно называют экотипами. Представители различных Стрессоры — разнообразные факторы, вызывающие стресс.

Диета (от греч. diaita — образ ж и з н и, режим) — определенный ре­ ж и м питания.

8. 1. Экология человека экотипов отличаются телосложением, типом лицевого скеле­ та, цветом кожи и волос, пищевыми адаптациями и энергети­ ческим балансом, иммунитетом к определенным заболевани­ ям, а также скоростью роста и развития. Резкая перемена ус­ ловий обитания для представителей любого экотипа означает стрессовую, а часто даже экстремальную ситуацию. Наиболее крупные адаптивные типы (экотипы): арктический, тропиче­ ский, аридный (обитатели пустынь), высокогорный, средизем­ номорский, среднеевропейский.

Типы географо-биологической среды обитания, опреде­ ляющие экотипы человека, соответствуют основным климати­ ческим зонам. Для каждого типа среды обитания, как пра­ вило, характерен определенный тип хозяйственного уклада людей. Наибольшая населенность, развитие городов, совре­ менный уклад жизни и хозяйства более всего характерны для зон смешанных лесов умеренного климатического пояса, а так­ же для зоны тропических лесов и степей. В этих зонах сосре­ доточено 79% населения Земли. Еще 12% людей обитают в горных районах, а остальные климатические зоны заселены слабо. Возникновению древнейших цивилизаций на Ближнем Востоке способствовал комплекс благоприятных экологиче­ ских условий, а именно: обилие воды, плодородные почвы, речные транспортные пути, благоприятный климат в долинах рек Египта и Месопотамии.

Экстремальными условиями для отдельного человека яв­ ляются любые резкие изменения в образе жизни, а опасными для жизни — условия, адаптация к которым невозможна (т. е.

выходит за пределы физиологической толерантности, видовой генетической нормы реакции). Причем адаптационные воз­ можности организма человека определяются не только физио­ логическими, но и социальными условиями и факторами.

Наиболее комплексный показатель индивидуальной адапта­ ции человека к условиям среды — его работоспособность и об­ щий жизненный тонус, которые отражают сложные взаимо­ действия гормонального статуса, состояния нервной, иммун­ ной и других физиологических систем организма, а также и свойства личности (т. е. совокупности социальных, интел­ лектуальных, эмоциональных и духовных черт человека).

Экстремальные ситуации, связанные с питанием и энер­ гетическим обменом. Энергия, получаемая человеком из пи­ щи, необходима для поддержания обмена веществ, в том числе для поддержания постоянной температуры тела в состоянии покоя или основного обмена, а также для всех видов деятель 336 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ ности, роста и размножения. Регулирование общего энергети­ ческого баланса взрослого человека, исключающее резкие ко­ лебания веса тела, осуществляется нервной и эндокринной системами. Пользуясь специальными таблицами, можно для разных видов деятельности и с учетом возраста рассчитать не­ обходимый расход энергии, в соответствии с которым соста­ вить пищевой рацион1.

Далее в нем следует сбалансировать содержание белков, жиров, углеводов, витаминов и микроэлементов, а также воды.

Основной обмен энергии взрослого человека составляет около 300 кДж/ч, энергетические затраты горожанина при обычной деятельности — около 450 кДж/ч, а при тяжелой ра­ боте — до 2000 к Дж/ч. В среднем энергетические траты чело­ века принимают равными 8500—12 500 кДж/сут. В прими­ тивных обществах в связи с тяжелым трудом и большей зави­ симостью от внешних температурных условий затраты энергии у людей выше.

Болезни, связанные с различными видами недостаточнос­ ти питания, распределены на земном шаре по зонам. Там, где в избытке потребляются углеводы и в пище недостаточно бел­ ков, наблюдается болезнь квашиоркор (белковое голодание).

Общий недостаток калорийности пищи зачастую ведет к слабо­ умию (маразму). В некоторых районах Земли часты заболева­ ния щитовидной железы, связанные с недостатком в природ­ ной среде йода. Авитаминоз А и связанные с ним нарушения зрения и болезни кожи возникают при недостатке в рационе жиров. Недостаточность витаминов группы В — причина тя­ желых заболеваний нервной системы, а витамина С — причи­ на снижения иммунитета и цинги. Недостаток никотиновой кислоты вызывает пеллагру. В целом выделяют три группы сообществ людей, которым преимущественно характерны:

1) белковая диета — сообщества охотников и пастухов;

2) углеводная диета — сообщества земледельцев;

3) смешанная диета — цивилизованные сообщества.

Первой группе сообществ присущи болезни, связанные с не­ достатком углеводов и ряда микроэлементов, второй группе — авитаминозы, связанные с однообразием растительной пищи (преобладанием какой-либо зерновой культуры и недостатком зелени и фруктов), а также белковое голодание и общее исто­ щение из-за низкой калорийности пищи. Современные горо Рацион (от лат. ratio — расчет, мера) — суточная норма, порция пищи определенного состава на известный срок.

8.2. Экология человечества жане страдают болезнями от избытка калорийности, несбалан­ сированности питания, недостатка овощей, фруктов и других видов свежих натуральных (неконсервированных) продуктов.

Естественные для названных групп людей различия в росте, телосложении и весе также во многом определяются особен­ ностями питания.

Климатическая адаптация. Определенная доля энергии затрачивается организмом человека на поддержание постоян­ ства температуры тела. В отличие от других теплокровных жи­ вотных человек дополнительно использует культурные и соци­ альные приспособления: жилье, одежду, системы отопления, вентиляции, кондиционирования и т. д. Благодаря этому сооб­ щества человека успешно выживают в экстремальных клима­ тических условиях.

Способность людей разных экотипов к акклиматизации (длительной адаптации) к высоким и низким температурам различна. В среднем акклиматизация к теплу происходит бы­ стрее, чем к холоду, так как связана со скоростью изменения основного обмена. Акклиматизация к холоду зависит от пита­ ния, в частности, от содержания в диете белков и жиров. При этом у людей, как и у животных, образуется подкожный жи­ ровой теплоизолирующий слой.

Изучение температурных границ организма человека при выполнении различных видов квалифицированной работы по­ казало, что при достижении верхней границы температурного оптимума для человека (27—28 °С) эффективность работы сни­ жается, а число ошибок возрастает. При более высокой темпе­ ратуре нарушается сон. Нижней границей температурного оп­ тимума является +18 °С. Установлено, что при температуре ниже +13 °С несчастные случаи на производстве происходят на 34% чаще, чем при +18 °С.

8.2. Экология человечества 8.2.1. Популяционные характеристики Человечество, как и всякую популяцию живых орга­ низмов, характеризуют статистические характеристики (чис­ ленность, плотность, пространственная структура, половой и возрастной состав), а также динамические характеристики (рождаемость, смертность, миграционная активность, ско­ рость роста, продолжительность жизни, кривые выживания).

338 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ Для человеческой популяции также существуют лимитирую­ щие факторы. С одной стороны, это — ограничения распрост­ ранения популяции в пространстве, а с другой стороны, — ли­ миты и регуляция численности населения.

За время своего существования человечество прошло путь от популяции первобытных людей, зависимых от природы и нахо­ дящихся под прессом естественного отбора, до современного че­ ловечества, обладающего всеми средствами медицины и техноло­ гической цивилизации;

при этом и численность, и лимитирую­ щие ее факторы также претерпели значительные изменения.

Численность популяций древнего человека в досельскохо зяйственную эпоху подвергалась регулированию (см. разд. 5.1) «сверху» — хищниками и паразитами, «со стороны» — конку­ рирующими видами, «изнутри» — каннибализмом, войнами, инфантицидом (умерщвлением детей) и, наконец, «снизу» — истощением ресурсов. По мере развития цивилизации все большее значение для регуляции численности человечества приобретает фактор истощения ресурсов.

8. 2. 1. 1. Особенности пространственной с т р у к т у р ы. Урбанизация Первые популяции людей на Земле, жившие собира­ тельством и охотой, были более или менее равномерно распре­ делены в пространстве. Они представляли собой группы людей, разбросанные между широтами северной Африки и южной Ев­ ропы. Затем постепенно, в Средние века, начался процесс урба­ низации1, который особенно интенсивно идет в наше время.

Если до 1900 г. в городах жило всего около 14% населе­ ния, то в конце XX в. массовая урбанизация стала определять характер распределения человеческой популяции на Земле.

При этом существенную роль играют три демографических процесса: миграция из сельских районов в город;

естествен­ ный прирост городского населения;

превращение сельских районов в города.

В наши дни в городах живет примерно половина населения Земли (рис. 8.1). При сохранении таких демографических тен­ денций в ближайшие годы число горожан в мире удвоится че­ рез 20—30 лет. Рост городов в настоящее время характерен преимущественно для стран третьего мира (три из пяти горо Урбанизация (от лат. urbanus — городской) — процесс сосредото­ чения населения и экономической жизни в крупных городах.

8.2. Экология человечества Рис. 8.1. Рост городского населения в конце XX в.

по данным UNDP (см. разд. 10.7.2) дов с населением около 15 млн чел. находятся в развивающих­ ся странах). Только очень небольшая часть человечества засе­ ляет многочисленные северные и экваториальные земли, где плотность населения гораздо меньше.

Урбанизация вызывает следующие проблемы:

• изменения в природных экосистемах;

• изменения в образе жизни, здоровье и психологии чело­ века;

• региональные геоэкологические проблемы (например, изменение климата).

Зависимость городов от обеспечения извне продовольстви­ ем, водой, энергоресурсами, необходимость систематического изъятия отходов, рекультивации земель, организации рекре­ ационных зеленых зон как с целью очищения воздушных и водных масс, так и с целью организации оздоровления и от­ дыха горожан постоянно увеличивается.

В последние десятилетия из-за роста уровня загрязненнос­ ти городской среды сложилась тенденция «расползания» горо­ дов и образования мегаполисов, выражающаяся в образова­ нии кольца спальных районов в зеленой зоне и в развитии Мегаполис или мега(ло)полис (от греч. megas — большой и polls — город) — «сверхгород», гигантский город, образовавшийся в результате роста и фактического слияния многих городов и населенных пунктов.

340 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ «челночного» автотранспорта, доставляющего горожан к мес­ там работы в центре и обратно. Все это ведет к усилению за­ грязнения и разрушения природных экосистем.

Мегаполисы представляют собой искусственную среду оби­ тания человека, имеющую свои особые лимитирующие факторы в развитии и росте человеческой популяции. Современный город является неустойчивой экосистемой с преобладанием гетерот­ рофных звеньев пищевых цепей. Городская среда для поддержа­ ния экосистемы нуждается в постоянной заботе человека. Жи­ вотный мир города достаточно разнообразен, однако не является природным зооценозом и не имеет способности к саморегуляции.

Животные города представлены в основном синантропны ми видами: крысами, мышами, тараканами, воронами, одичав­ шими кошками и собаками, Э. ТЭ.К2К6 разнообразными домаш­ ними животными. На окраинах города прикармливают и та­ ких животных, как белки, зайцы, лисы, многие виды птиц.

Почвенные биоценозы города сильно загрязнены, почвы пере­ уплотнены, неплодородны, нуждаются в рекультивации.

Стихийное развитие городов также таит в себе много опас­ ностей и для горожан, ибо до последнего времени планирование городского хозяйства велось без учета экологических факторов и их влияния на здоровье и благополучие человека. Большин­ ство проблем, связанных с экологией человека в городе, имеют санитарно-гигиенические, социальные и психологические кор­ ни, так или иначе связанные с перенаселением и всеми видами загрязнения среды обитания. Городская среда, с одной сторо­ ны, предоставляя человеку комфорт, лишает его необходимых факторов физиологической тренировки, а с другой стороны, она щедра на стрессовые воздействия. Химические, физические, социально-психологические, информационные стрессы созда­ ют постоянный источник опасности для физического и психи­ ческого благополучия современного горожанина.

Рассматривая комплекс проблем, связанных с урбанизацией и прогнозом развития человечества, С П. Курдюмов и С. П. Ка­ пица предложили математическую модель, по которой опреде­ лили оптимальную величину населения города — 300 тыс. чел.

В результате они пришли к выводу, что одним из условий выжи­ вания человечества должно быть его рассредоточение по Земле.

Вблизи города, помимо сельскохозяйственных террито­ рий, должны создаваться рекреационные1 зеленые зоны для Рекреация — отдых, восстановление сил, потраченных в процессе труда.

8.2. Экология человечества спорта и отдыха людей, а также заповедные участки нетрону­ той природы. Необходимое условие здоровой городской среды — большое количество зеленых насаждений. Важнейшее значе­ ние имеет также рациональное управление отходами.

8.2.1.2. Развитые и развивающиеся страны Современному миру характерно огромное экономиче­ ское неравенство людей, живущих на планете. На рис. 8. приведена диаграмма распределения доходов в мире, при по­ строении которой все население Земли сгруппировано по вели­ чине доходов и разделено на пять равных частей. На диаграм­ ме показано, что 20% самых богатых людей обладают 82,7% мирового богатства, а 20% самых бедных людей — лишь 1,4% Рис. 8.2. Распределение доходов и экономическое неравенство в мире по данным UNDP (United Nations Development Program) — программы ООН по развитию 342 Глава 8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ мирового богатства. Различие значительно, и оно продолжает экспоненциально увеличиваться.

Социальная стратификация людей в конце второго тысяче­ летия сопровождается столь же резким делением государств на две большие группы, которые развиваются и растут по раз­ личным законам — это экономически развитые и развиваю­ щиеся страны, условно называемые в документах ООН страна­ ми Севера и Юга.

В странах с развитой экономикой период экспоненциаль­ ного роста численности населения закончился. Он происходил в основном в конце XIX — начале XX вв. Анализ возрастных пирамид, т. е. распределения численности населения по 10-лет­ ним возрастным группам (рис. 8.3) показывает, что они иногда имеют слегка расширенное основание из-за небольшой младен­ ческой смертности. Заметное сужение пирамиды (т. е. умень­ шение численности населения) начинается на уровне старше 50—60 лет, а активное возрастание смертности происходит лишь после 70—80 лет. Основные показатели человеческой по­ пуляции, ее состояния и здоровья для основных стран мира приведены в табл. 8.1.

Таблица 8. Возрастные характеристики населения по странам по М. Л. Леви и М. Буше Младенческая Средняя ожидае­ Валовой внут­ мая продолжитель­ смертность, ренний про­ ность жизни, лет на 1 тыс.

Страна дукт, долл.

новорожден­ США/чел.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.