Разбор гипотез о происхождении жизни на Земле (окончание)

Продолжение публикаций глав новой книги д.б.н. Валерия Зюганова под рабочим названием «Эликсир из глубин Арктики».

Куда направлена биологическая эволюция? Гипотеза: наращивать потребление энергии живыми системами. Мнение профессора А. И. Зотина: предназначение человечества — тушить звезды. Нет предела «энергетической жадности» человека.

Поиск критерия, которым можно измерить эволюцию биосферы

Чем известен профессор А. И. Зотин?

Александр Ильич Зотин крупный отечественный биофизик, автор сотен публикаций, зав. Лаборатории биофизики развития ИБР РАН. Известен тем, что связал теорию эволюции с термодинамикой. Он был официальным оппонентом моей докторской диссертации и весной 1994 любезно согласился поехать со мной в Санкт-Петербург на защиту, где выступил на ученом совете Санкт-Петербургского Университета с блестящей речью. Во время той поездки и после нее мы не раз обсуждали его пионерские идеи. Дискутировали и по частностям, и по существу.

И о чем были дискуссии?

Нужно сказать, что А. И. Зотина (как и меня) не устраивали основные положения господствующей в те годы синтетической теории эволюции: дарвинизм, ароморфоз, отбор, дрейф генов, изоляция, волны жизни и т. п. Вообще постулат эволюционного прогресса в виде усложнения морфологической организации организмов и освобождения зависимости от среды, по мнению Зотина, страдал отсутствием четкого критерия — что есть прогресс и как его измерить?

Критиков теории Дарвина всегда было много. Ну и что?

А то, что Зотин искал объективный критерий. «Нужен параметр, который можно измерить у любого организма и сравнить, например, у инфузории, муравья и слона» — подчеркивал профессор. И он нашел такой универсальный параметр — по которому можно измерить эволюцию.

Законы термодинамики

Но вначале о термодинамике. Без нее никуда. Биофизик Зотин использовал для своей теории эволюции два принципа термодинамики:

1. наименьшей диссипации энергии;
2. наискорейшего спуска.

Вы думаете нашим читателям легко это понять?

Постараюсь, чтобы было понятно. Согласно второму началу термодинамики, при протекании необратимых процессов энтропия (беспорядок, хаос) изолированной системы возрастает и к состоянию равновесия достигает максимальной величины.

Все равно как «китайская грамота».

Хорошо, для неспециалистов предлагаю сравнение — если мы с вами на девственном необитаемом острове построили добротный кирпичный дом, но не будем затем поддерживать его дальнейшее существование теплоснабжением, ремонтом и т. д. Со временем под влиянием солнца, ветров, мороза, снега, дождя и прочего он начнет ветшать. В какой-то момент внезапно обвалится потолок…

Позвольте продолжить: …стены далее будут сыпаться и в итоге дом превратится в груду кирпичей, которые тоже позже растворятся.

Верно. В конце концов, что опять останется? — Да, девственный остров. Система (девственный остров) снова пришла к состоянию равновесия и максимальной энтропии путем наискорейшего спуска.

Теперь ясно. Без организующей силы любая новая система деградирует до первичного состояния.

Прямо в суть. Теперь главный вопрос: почему с течением времени организмы и экосистемы на земле усложнились, а не остались каплями (или коацерватами по А. Опарину) в бульоне?

Основной обмен усиливается у организмов в процессе эволюции

Ну и что за критерий прогресса профессор нашел?

Найденный Зотиным универсальный параметр это СТАНДАРТНЫЙ ОБМЕН — потребление организмом кислорода единицей массой тела (например, 1 грамм) в единицу времени (например, 1 час) в состоянии покоя при 20° С (коэффициент, а). Зотин экспериментально исследовал стандартный обмен в своей лаборатории на многих десятках животных и собрал из мировой литературы сотни и тысячи примеров.

Оказалось, что стандартный обмен от простейших до млекопитающих и птиц увеличивается по мере протекания биологической эволюции в сотни раз. Происходит последовательное появление животных со все более высоким уровнем стандартного обмена, то есть в результате эволюции увеличивались энергетические возможности организма.

Иллюстрация к закону энергетического прогресса. Обозначения: 1 — Кишечнополостные, 2 — Ракообразные, 3 — Моллюски, 4 — Костные рыбы, 5 — Амфибии, 6 — Насекомые, 7 — Рептилии, 8 — Млекопитающие, 9 — Птицы, 10 — Воробьиные.

Геологическая летопись

Хорошо. Во время эволюции усиливается энергетический обмен. А где здесь скорость эволюции? И в чем преимущества организмов с более высоким обменом?

Обмен это и есть энергетическая мера эволюционного процесса. Это позволяет количественно оценивать его скорость в реальных величинах — ваттах за миллион лет. (Ватт — единица измерения мощности — 1 Вт это такая мощность при которой за одну секунду совершается работа в 1 джоуль прим. автора).

А вы ничего не путаете? Как можно посчитать энергетический обмен у вымерших?

Не торжествуйте раньше времени. Разумеется, узнать, каков был энергетический обмен у животных, вымерших сотни миллионов лет назад, невозможно. Поэтому Зотин поступил иначе: данные о ныне живущих организмах разных видов пересчитал на момент зарождения этих видов в соответствующую геологическую эпоху. Получилось, что в кембрии (570–500 млн. лет назад) скорость эволюции составляла приблизительно 0,005 милливатта на грамм массы за миллион лет, в ордовике (500–440 млн. лет) — 0,011, в девоне (410–350 млн. лет) — 0,014, в карбоне (350–270 млн. лет)- 0,024, в триасе (230–195 млн. лет) — 0,076, в юрском периоде (195–135 млн. лет) — 0,099, в меловом (110–70 млн. лет) — 0,192 и в плейстоцене (7–2 млн. лет назад) — 0,269 мВт/г· за миллион лет.

Думаете этим цифрам можно верить?

Можно. Хотя значения энергии определены недостаточно точно, все равно они показывают, что биоэнергетический прогресс шел с нарастающей скоростью.

Усиление энергетического обмена было чрезвычайно полезным для выживания животных в их борьбе за существование.

Тепловой барьер и появление цивилизации

Ну и к чему это все привело?

К возникновению цивилизации. Смотрите сами. Температура тела млекопитающих равна 36–38°  С, а птиц — 40–41° С. Дальнейшее усиление энергетического обмена и сопутствующее ему повышение температуры тела невозможно — это привело бы к свертыванию (денатурации) ряда белков и гибели организма. Существует «тепловой барьер», перешагнуть который простым повышением уровня кислородного обмена невозможно. Природа, однако, нашла другой путь — возникновение цивилизации, появление сознания.

Это было автоматически, без вмешательства Творца?

Скорее всего на автомате. Человечество научилось использовать не только энергию, заключенную в пище, но и энергию горючих материалов, рек, ветра и Солнца, а в последние десятилетия и атомную энергию. Расчеты Зотина показали, что первобытный человек получал с пищей и расходовал не более 2000 килокалорий за сутки, с началом использования огня потребление энергии увеличилось до 5000 Ккал/сутки, а сейчас в развитых странах оно превышает 200 000 Ккал/сутки. В США 430 000.

То, что это привело к массовому ожирению американцев, я сам видел. Но к чему идет человечество в целом?

Пока к тупому наращиванию энергопотребления. Просто появление человеческой цивилизации оказалось необходимым шагом, обязательным этапом эволюции, так как позволило, преодолев «тепловой барьер», наращивать потребление энергии живыми системами.

Так что возникновение цивилизации — неизбежный результат прогресса, Если бы не появился человек, на его месте, возможно, оказался бы другой вид. Об этом заставляют думать и данные о возрастании объема мозга в разных классах и типах животных.

Коэффициент энцефализации и цивилизация динозавров

Вы всерьез считаете, что на вершине эволюционной пирамиды мог оказаться не человек, а другой вид животных?

Получается, что да. Вполне мог быть кто-то другой. Есть такой объективный процесс как изменение размеров мозга в процессе эволюции. В сравнительных исследованиях биологи используют так называемый коэффициент энцефализации — удельную массу мозга животного в расчете на один грамм массы его тела. Расчет Зотина, по палеонтологическим данным, показал, что в процессе эволюции млекопитающих средняя величина этого коэффициента в эоцене была равна 0,026, в плейстоцене — 0,055, а у современных видов составляет 0,115.

То есть мозг у млекопитающих за 50 млн. лет «утяжелился» всего -то в 4–5 раз?

Поверьте, это немало. Коэффициент энцефализации в разных классах позвоночных животных и в отдельных его отрядах сильно различается. В классе млекопитающих, например, представители отряда насекомоядных (кроты, ежи) имеют наименьший коэффициент энцефализации, представители отрядов приматов (обезьяны) и китообразных — наибольший (у дельфинов — 0,54). Но особенно этот коэффициент велик, конечно, у человека — 0,77.

Человек сильно обогнал другие виды и практически полностью перекрыл возможности для появления на Земле иных цивилизаций.

Вот видите. Сами говорите — перекрыл полностью.

Но все могло быть и по-другому, так как, видимо, первыми среди позвоночных на путь увеличения массы мозга встали представители класса рептилий — динозавры, по не совсем ясным причинам вымершие около 70 миллионов лет тому назад. Коэффициент энцефализации небольших (массой 70–80 кг) хищных динозавров из отряда целурозавров близок к показателям для современных млекопитающих и равен приблизительно 0,126. Не исключено, что эта группа динозавров могла бы еще миллионы лет тому назад сформировать мозг, сопоставимый с человеческим, и, кто знает, сегодня на Земле существовала бы совсем иная цивилизация.

Целурозавр — кандидат на представителя цивилизации.

Цивилизация динозавров — звучит круто! А кто еще мог образовать цивилизацию?

Из беспозвоночных животных — муравьи.

И головоногие моллюски — осьминоги.

Из позвоночных — дельфины.

…и вороны.

Ворона сделала крючок из куска проволоки, чтобы достать лакомство из графина.

На островах Новой Каледонии вороны умеют сами изготавливать рыболовные крючки для ловли рыбы и пользоваться торговыми автоматами.

Таким образом, процесс возникновения цивилизации пошел задолго до появления человека и продолжается до настоящего времени. Если вдруг человечество исчезнет (по собственной глупости или жадности), то процесс не остановится, пока на Земле сохраняются живые организмы и продолжается биологическая эволюция.

Все же — ваше мнение — какова конечная цель создания человечества?

Спросили бы, что полегче. Вся наша с вами дискуссия это скорее интеллектуальная игра ума. В ответ на ваши каверзные вопросы, я просто пытаюсь систематизировать известные факты и гипотезы.

Нет предела «энергетической жадности» человека

И все же чем биологическая и социальная эволюция закончится?

Будем оптимистами. В целом (несмотря на текущий экономический кризис в нашей стране) развитие человечества сопровождается в целом ростом уровня жизни, который требует все больше энергии.

По расчетам советского астрофизика Иосифа Самуиловича Шкловского (1916–1985), количество производимой энергии за последние 200 лет удваивалось каждые 20 лет и в 80-х годах составляло примерно 610¹² Ватт. При таких темпах через 200 лет оно дойдет до 310¹⁵ Вт, а это уже один процент поступающей на Землю энергии Солнца. Дальнейшее увеличение производства энергии приведет к заметному нагреву планеты и, вполне вероятно, к таким изменениям климата, что жизнь на Земле станет невозможной. Преодолеть этот «тепловой барьер» можно, видимо, только выведя в космическое пространство энергоемкие производства.

(Подробнее: Зотин А. И., Зотин А. А., 1998, № 6 Наука и Жизнь).

В частных дискуссиях Александр Ильич высказывал мне мнение, что, возможно, человечество будет способствовать тепловой смерти вселенной, погашая звезды одна за другой. В этом, я с ним как раз не соглашался, потому что не являюсь сторонником теории «большого взрыва» и «тепловой смерти вселенной».

Может правительства разных стран в ООН договорятся снизить энергопотребление?

Пока сомневаюсь в этом. Как мы видим нефте-газодобывающие страны ОПЕК, США и Россия не собираются договариваться о серьезном снижении добычи. Дикие законы рынка. Если есть спрос — гони товар!

Уже на 2000 г. мировое потребление ресурсов достигло колоссальных размеров.

К 2050 г. по некоторым прогнозам ожидается максимальная точка в энергопотреблении и росте численности населения и затем перелом.

Получается или человечество или погибнет или…

Возможно цель «кураторов»: выпестовать цивилизацию, способную потреблять энергию звезд плюс обеспечить «незамусоренность» окружающих космических пространств. Но ведь, мы знаем, что человек склонен мусорить вокруг себя…

Кислотные реки из медного рудника. Белоруссия. ХХ1 век. Вид из космоса.

Отвалы медного рудника. США. ХХ1 век. Вид из космоса.

Даже по этим двум фото видно: Homo sapiens — это «ребенок». Он еще мал и неразумен. Пока он еще ползает в памперсах и любит делать домашней кошке больно.

Если бы правительства стран прислушивались к прогнозам таких великих ученых как Дмитрий Менделеев «сжигать нефть — все равно, что топить печку ассигнациями» — история пошла бы по другой траектории.

Так что, с судьбой человечества, как говорится, возможны варианты… начиная от эпической картины космической колонизации всей галактики и рассвета искусственного интеллекта до отката в вечное темное средневековье на планете с подорванными минеральными и биологическими ресурсами.

Спасибо за дискуссию!

Москва — село Варзуга. Декабрь 2018 г.