полная версия

Анатолий Васильевич Молчанов
Население Земли как растущая иерархическая сеть

* * *

Эквифинальность эволюции биосферы нашла свое выражение в концепции Геи, которую предложил в 1965 году химик Джеймс Лавлок, а затем она получила дальнейшее развитие благодаря биологу Линн Маргулис. Согласно концепции Геи эволюция биоты, то есть совокупности всех биологических организмов, настолько тесно связана с эволюцией их физического окружения в масштабе планеты, что вместе они составляют единую саморазвивающуюся систему, которая обладает саморегуляторными свойствами, напоминающими физиологические свойства живого организма (только в ранних своих работах Лавлок отождествлял Гею с неким суперорганизмом).

Это НЕЧТО и было названо Геей. Весь облик Земли: климат, состав горных пород, воздуха и океанских вод есть не только результат геологических процессов, но является также и следствием присутствия жизни. Гея как самоорганизующаяся, гомеостатическая система обладает «геофизиологическими» свойствами, т. е. поддерживает все свои параметры: температуру воздушных масс, состав атмосферы, толщину озонового слоя, состав и температуру гидросферы, почв, вулканическую деятельность, радиационный фон… – сотни параметров – в течение сотен миллионов лет на благоприятном для живых организмов уровне.

Иначе говоря, биота организует как самое себя, так и параметры среды своего обитания в режиме непрерывного мониторинга и саморегуляции для обеспечения гомеостазиса или даже прогрессивного эволюционного развития. И не будь этого гомеостазиса – невозможна была бы и сама эволюция, приведшая в конечном итоге к появлению человека и его ноосферы.

Пока еще не предложено никакой объединенной теории, которая объяснила бы, почему жизнь на Земле и ее геологическое окружение ведут себя столь парадоксальным образом. Идеи Лавлока и Маргулис можно сравнить с открытиями Кеплера, и здесь требуется новый Ньютон, который сформулировал бы законы для этой грандиозной взаимосвязи, порой кажущейся чем-то совершенно невероятным.

Гея возникла внутри Солнечной системы и является ее частью. А Солнечная система, как результат эволюции газо-пылевого облака, оказывается удивительным образом «настроенной», причем непонятно кем, как и для каких целей. Вот примеры: равенство угловых размеров Солнца и Луны при наблюдениях с Земли; Луна всегда обращена к Земле одной стороной (резонансное вращение 1:1); правило Тициуса–Боде для орбит планет и т. д. Возникает ощущение, что какие-то неведомые силы специально «поработали» над Солнечной системой, возможно, для того, чтобы нашим потомкам было проще ее осваивать.

* * *

Если ноосфера есть высшая стадия развития биосферы, то и вся цивилизация в целом, не страны и народы, а именно вся Мир-система, должна быть частью Геи: ее последней надстройкой, итогом, финалом ее эволюции. А если так, то ноосфера просто обязана обладать свойством парадоксальной системности Геи, что, кстати, и подтверждают парадоксальный гиперболический рост населения Земли, синхронно протекавшая во всех частях света неолитическая революция, глобальный демографический переход, экономические и глобальные исторические циклы (циклы Дьяконова – Капицы) – представлявшие собой согласованные общецивилизационные процессы.

Системность эта выражается также в парадоксальной эквифинальности глобального развития, которая заключается в том, что средства для достижения текущих, «плановых» целей в поэтапном, циклическом восхождении цивилизации к вершинам прогресса всегда могли быть найдены и использованы на каком бы уровне организации природы и общества они ни находились.

В 2006 году профессор Лавлок опубликовал новую книгу, которую назвал «The Revenge of Gaia» (Гея начинает мстить), где предрекает в ближайшем будущем экологическую катастрофу. На наш взгляд, в ней он неправомерно отделяет человека и его цивилизацию от биосферы и других «сфер»: атмо, гео… Если Гея как совокупность всех этих «сфер» была столь мудра, что ей удавалось сохранять гомеостаз в течение сотен миллионов лет, то, очевидно, с возникновением ноосферы, «сферы разума» – вершины на пути эволюции – ее мудрость могла только возрасти.

Безусловно, экологические проблемы будут решены. Кроме того, важно понимать, что дело не в том, чтобы среда обитания оставалась совершенно неизменной, а в том, чтобы она менялась достаточно медленно, чтобы человек, как итог эволюции, успевал к ней адаптироваться.

И, разумеется, любые катастрофы пресекаются на корню, что не исключает, конечно, отдельных неудач, сбоев программы эквифинальности. Именно поэтому все надуманные сценарии конца света так никогда и не будут реализованы. Человек и его ноосфера – цель всей предшествующей эволюции, ее итог, ступень на пути к финалу, и именно поэтому они не могут быть уничтожены какой-то случайной катастрофой.

Несомненно, будут еще кризисы и даже локальные катастрофы, без этого не бывает развития. Но почему-то не возникает сомнения, что в будущем, как и в прошлом, при участии каких-то невидимых охраняющих сил все они будут преодолены, а прогресс продолжится.

Эволюция

Шестнадцать шагов к недостижимой космологической сингулярности

Если расположить в хронологическом порядке даты появления новых лидеров универсальной эволюции, можно заметить, что значения этих дат (всего их тринадцать) хорошо соответствуют закону геометрической прогрессии:

Таблица 1. Научные данные для времен появления новых лидеров универсальной эволюции (ее авангардных систем) и их значения, вычисленные по прогрессии эволюции.

Определим (постулируем) эту прогрессию следующим образом:

Прежде всего отметим две точки на оси времени; первая – начало эволюции, момент Большого взрыва: 13,81 млрд лет тому назад; вторая – сингулярная точка эволюции, которая расположена в будущем и отстоит от настоящего на 1,69 млн лет.

Не нужно путать сингулярную точку эволюции с космологической сингулярностью. Сингулярная точка эволюции в этой книге – это тот недостижимый предел (1,69 млн лет в будущем), к которому сжимаются и до которого никогда не доходят сокращающиеся по закону прогрессии циклы универсальной эволюции.

Тогда как грядущая космологическая сингулярность и (возможно) связанный с ней новый Большой взрыв (1,48 млн лет в будущем) – это вполне реальная дата: тот момент времени, когда будет построена сеть восьмого ранга и завершится процесс универсальной эволюции. К этим двум датам можно также добавить текущий момент времени (0 млн лет), который определяет возраст Вселенной: время прошедшее с момента Большого взрыва (предыдущей космологической сингулярности) до наших дней.

Разобьем этот огромный промежуток времени на эпохи по правилу шестнадцати шагов: первый шаг отмечает середину интервала, расположенного между этими датами, а каждый последующий – в два раза короче предыдущего. Здесь сразу же возникают два вопроса: почему в качестве кандидата на прогрессию эволюции пробуем прогрессию со знаменателем в точности равным ½? И почему за сингулярную точку этой прогрессии берем 1,69 млн лет в будущем? Ответ такой:

Предположим, что последовательность дат в столбце 3 таблицы 1 представляет собой геометрическую прогрессию. Определим по методу наименьших квадратов каким должен быть ее знаменатель и первый член, чтобы наилучшим образом отвечать имеющимся данным. В результате вычислений получим для знаменателя прогрессии q = 2,025, а для ее сингулярной точки Ts = 1,8 млн лет в будущем (при q = 2 —> Ts = 1,69 млн лет). Построим зависимость времени начала эпохи эволюции как функции от ее номера:

Рис. 1. Зависимость времени начала эпохи эволюции от ее номера (время в логарифмическом масштабе).

Коэффициенты line(i,y)₀ и line(i,y)₁ вычисляются по методу наименьших квадратов. Эпохи пронумеруем от нуля – начала эволюции человека, до 12 – Большой взрыв. Построим график и на нем же нанесем фактические данные. Угловой коэффициент прямой очень близок к единице, следовательно, знаменатель прогрессии равен двум. Все точки «почти» точно лежат на прямой. Этот график – наглядная иллюстрация существования прогрессии эволюции.

Поскольку для получения корректного результата объем выборки здесь явно недостаточен (значительно меньше 30) стандартную ошибку среднего вычислять не будем. Тем не менее, т. к. знаменатель прогрессии мало отличается от двойки – разбиение всего времени эволюции по правилу шестнадцати шагов представляется вполне резонным.

Что же касается сингулярной точки эволюции, то вычисленное таким образом ее значение (Ts = 1,8 млн лет в будущем) имеет большую погрешность. Получить его с максимально возможной точностью позволяет простое предположение о том, что именно в наше время, т.е. на рубеже XX и XXI веков, заканчивается тринадцатый этап универсальной эволюции и начинается четырнадцатый.

Поскольку время Большого взрыва известно с высокой, до трех десятичных знаков точностью, для сингулярной точки эволюции получаем дату: 13,81·10⁹/2¹³ = 1,69 млн лет в будущем. Причем 1,69 млн лет – это, согласно правилу шестнадцати шагов, также и время эволюции текущего лидера универсальной эволюции – человека.

Совпадение этого времени с результатом, полученным независимо из алгоритма растущей сети и демографических данных, если считать его случайным, представляется совершенно невероятным: 13,81·10⁹/2¹³ = τ·N = 39,8·42399 = 1,69 млн лет (N = 42399, τ = C/kK₄² = 39.8 лет, C = 188 млрд, k = 1.1, K₄= 65536).

Еще один вопрос, связанный с таблицей 1, касается числа этапов эволюции: почему их 16 а не 14, 15, 17?

Во-первых, из соображения симметрии: в таком случае все время эволюции может быть разбито на четыре эона по четыре однородные эпохи в каждом (см. ниже) или на два эона по восемь эпох в каждом. Первый эон от бариона до примата – эон поиск лидера универсальной эволюции, второй – от примата до p.p.p. Homo sapiens: эон эволюции этого лидера.

Во-вторых, постоянная времени 17-го этапа при ее подсчете по общей формуле оказывается гораздо меньше планковского времени, поэтому число этапов эволюции не может быть больше шестнадцати. В то же время поскольку про пятнадцатый и шестнадцатый этапы эволюции ничего определенного сказать нельзя, непонятно даже состоятся ли они в реальности, – предположение о шестнадцати эпохах универсальной эволюции является не более чем гипотезой, возможно, что космологическая сингулярность наступит в момент окончания четырнадцатой эпохи.

Члены, полученной по правилу шестнадцати шагов последовательности, – это времена, отмечающие начала сокращающихся по закону прогрессии циклов Большой истории и, начиная с девятой эпохи, времена старта роста сопровождающих ее авангардные системы (согласно нашей гипотезе) биниальных иерархических сетей. (Рост сетей, сопровождавших эволюцию до девятой эпохи, здесь не рассматривается.) Назовем эту последовательность прогрессией эволюции. Рассмотрим подробно все ее члены, начиная с Большого взрыва; попутно отметим некоторые загадки эволюции.

Ядерная эволюция

Началась в момент Большого взрыва, т. к. по всем сценариям барионы уже существовали в первые мгновения после взрыва. Тогда же возникли и первые сети, сопровождающие универсальную эволюцию и эволюционирующие вместе с ее авангардными системами.

«Видимые в самой дали первые живые существа выступают перед нами по размеру и по количеству как своего рода «мега» или «ультрамолекулы» – невероятное множество микроскопических ядер. Это означает, что, по соображениям однородности и непрерывности, преджизненное за горизонтом должно представляться как причастное к корпускулярной структуре и корпускулярным свойствам мира. Таким образом, как при рассмотрении изнутри, так и при наблюдении извне ткань универсума с самого начала обнаруживает тенденцию распылиться на частицы; 1) которые совершенно схожи между собой^[56] (во всяком случае, при рассмотрении на большом расстоянии); 2) каждая из которых воздействует на весь космос и, наконец, 3) которые таинственно связаны между собой совокупной энергией^[57]. На этих глубинах внешняя и внутренняя стороны мира в точности соответствуют друг другу. Настолько, что можно перейти от одной к другой, просто заменив в данном выше определении частичных центров универсума выражение "механическое взаимодействие" на термин «сознание». Атомистичность – общее свойство, присущее внутреннему и внешнему вещей».  «…»

«Практически однородные в самом начале элементы сознания (точно так же как элементы материи, в основе которых они лежат) постепенно, в течение длительности, усложняют и дифференцируют свою природу. С этой точки зрения в чисто опытном плане сознание выступает как космическое свойство меняющейся величины, подверженное всеобъемлющей трансформации. Рассматриваемый по восходящей линии, этот громадный феномен, который мы проследим по ходу возрастания жизни вплоть до возникновения мысли, стал в конечном итоге казаться нам банальным. При рассмотрении его в противоположном направлении он приводит, как отмечено выше, к менее привычному представлению низших состояний, все более неопределенных и как бы растянутых. В направлении, обратном эволюции, сознание качественно преломляется в виде спектра с изменчивыми нюансами, нижние границы которого теряются во мраке» Пьер Тейяр де Шарден [29].

По современным представлениям Большой взрыв произошел около 14 миллиардов лет тому назад. Считается, что до этого материи, времени и пространства не существовало. Поэтому этим событием и определяется возраст Вселенной. Согласно астрономическим данным минимально возможный возраст Вселенной ограничивается временем жизни наиболее старых из существующих шаровых звездных скоплений, т. е. 12,7 ± 0,7 млрд лет. По данным Microwave Anisotropy Probe (Зонд микроволновой анизотропии), который последние несколько лет анализировал микроволновое фоновое излучение, возраст Вселенной составляет 13,75 ± 0,13 млрд лет.

В результате последних исследований обсерваторией Планк была также уточнена постоянная Хаббла и в соответствии с ее новым значением (H₀ = 68 км/c/Мпк) установлено, что с момента Большого взрыва прошло 13,81 ± 0,06 млрд лет. Теория полностью согласуется с наблюдательными данными: согласно стандартной космологической ΛCDM модели возраст Вселенной составляет 13,799 ± 0,021 миллиарда лет. (Еще более точное значение дает наша модель роста сети пятого ранга: 13,8050 ± 0,0002 млрд лет.)

Время -13,81 млрд лет, как момент начала эволюции Вселенной, обозначенное в таблице 1, полностью согласуется с современными научными данными. Этап эволюции от -13,81 млрд лет до -6,90 млрд лет представлял собой ядерную эволюцию.

В самом начале ядерной эволюции возникла т. н. барионная асимметрия. Барионной асимметрией называется наблюдаемое во Вселенной явное превышение количества частиц над числом античастиц. К барионам, прежде всего, относятся протоны и нейтроны, а также несколько очень короткоживущих элементарных частиц.

Эта диспропорция возникла в эру аннигиляции через три секунды с момента рождения Вселенной. До этого момента количества барионов и антибарионов были почти равны, но барионов было чуть больше, чем антибарионов. При массовой аннигиляции элементарных частиц и античастиц большинство из них объединились в пары и исчезли, породив электромагнитное излучение.

Однако превышение на совершенно ничтожную долю числа частиц над античастицами и определило нынешнюю барионную асимметрию и отсутствие заметного количества антивещества во Вселенной. Из заметок А.Д. Сахарова о соотношении частиц и античастиц на горячей стадии расширения Вселенной:

«Трудно представить себе, чтобы приведенные в последней строчке числа были „заданными природой“ начальными условиями. Они в таком качестве „режут глаз“, „такого не может быть“. Именно это обстоятельство (как видит читатель, из области интуиции, а не дедукции) и было исходным стимулом для многих работ по барионной асимметрии, в том числе и моей» [54].

Таб. 1. Соотношение числа фотонов, барионов и антибарионов на горячей стадии расширения Вселенной.

Ядерная эволюция протекала в недрах звезд, образовавшихся сразу после Большого взрыва из водорода и гелия, и далее в звездах второго и третьего поколения. В течение этого гигантского промежутка времени были синтезированы ядра всех элементов таблицы Менделеева, в том числе и ядро углерода, без которого жизнь оказалась бы невозможной.

На основе только этой предпосылки Ф. Хойл предсказал наличие у ядра углерода энергетического уровня в 7,82 млн электрон-вольт, исходя из соображения, что только при его наличии три атома гелия могут в недрах звезд соединиться в атом углерода. Существование такого уровня является результатом сложного взаимодействия многих элементарных частиц, но без него не было бы возможно и само наше существование.

Заключительный этап ядерной эволюции, когда были синтезированы все (или почти все) элементы периодической системы связан с эволюцией электромагнитного (не ядерного) взаимодействия, которая привела к возникновению атомов и простейших химических соединений.

Завершение ядерной эволюции отмечено, вероятно, синтезом глицина. Таким образом, название первого этапа универсальной эволюции: «ядерная эволюция» связано с ее началом. То же самое можно сказать и об остальных эпохах эволюции: название эпохи в таблице 1 определяется процессом эволюции, стартовавшим в момент ее начала.

Химическая и биохимическая эволюция

Химическая эволюция протекала в газопылевых туманностях и на поверхности Земли. Ее начало: -6.90 млрд лет связано с возникновением первых аминокислот, а конец: -3.45 млрд лет – с появлением LUCA: последнего универсального общего предка. Необходимо отметить, что такое определение химической эволюции отличается от общепринятого, в соответствии с которым ее начало совпадает с моментом появления первых атомов и молекул. Здесь же этот этап включен в ядерную эволюцию.

Как и когда образовались первые туманности? К сожалению, современная наука дает на этот вопрос очень туманный ответ. Для начала химической эволюции необходимы тяжелые элементы и достаточно низкие температуры. Через 200–400 млн лет после Большого взрыва образовались первые звезды, которые были примерно в 100 раз тяжелее Солнца. После выгорания в них водорода, которое привело к образованию тяжелых элементов, часть этих звезд взрывалась как сверхновые или новые, давая начало газопылевым туманностям, содержащим тяжелые элементы.

Ранее считалось, что первые галактики и их скопления образовались 8–10 млрд лет тому назад, но в последние годы с помощью снимков, сделанных «Хабблом», были найдены значительно более молодые галактики, многие из которых относятся к первому миллиарду лет после Большого взрыва.

Конденсация газово-пылевого вещества, образовавшегося после взрыва первых звезд, составлявших звездное население этих галактик, привела к возникновению второго поколение звезд с планетами, где в основном и были сосредоточены тяжелые элементы. Но химическая эволюция уже шла в космосе, а затем была продолжена и на Земле. Это подтверждается недавними открытиями американских исследователей. Ученые из NASA обнаружили в облаках космической пыли 140 различных химических соединений и молекул, большинство из которых содержит углерод. Были найдены некоторые сахара и этанол.

Также были получены неопровержимые доказательства наличия глицина (NH2CH2COOH) в газопылевых облаках. Аминокислоты, которых около двадцати, играют ведущую роль в живых организмах: из них построены все белковые тела. Все говорит о том, что пространство галактик пропитано элементами живой материи, считают американские ученые.

«Мегамолекулы, очевидно, несут в себе следы длительной истории. В самом деле, можно ли представить себе, что подобно более простым частицам они образовались внезапно и оставались таковыми раз и навсегда? Их сложность и неустойчивость, примерно как и в случае с жизнью, скорее говорят о длительном процессе суммирования, продолжавшемся путем последовательных возрастаний в ряде поколений. Из всего этого мы можем в общем заключить, что для образования на земной поверхности белков потребовалось, вероятно, больше времени, чем длились все геологические периоды после кембрия. Так углубляется позади нас та бездна прошлого, которую по нашей непреодолимой интеллектуальной слабости нам хочется сжать во все более тонкий отрезок длительности, тогда как наука своими анализами заставляет нас все больше ее растягивать» Пьер Тейяр де Шарден [29].

Но переход от простой органической химии к химии живого произошел на Земле в условиях водной среды:

«Главным окисляемым субстратом биохимии является вода, сильно структурированная, продуктом окисления – вода, слабо структурированная, а источником энергии – гашение АФК^[58]. Акт структуризации воды есть акт накопления энергии, акт ее деструктуризации высвобождает энергию для биохимической реакции. Можно сказать, что именно включение данного процесса в геохимический круговорот, повлекшее усложнение веществ и их структур (прогресс), знаменовало переход химической активности в биохимическую [53]».

 

В создании клеток живых организмов использованы двадцать аминокислот. Никто не знает, почему из всех существующих в природе аминокислот в состав живых организмов входят только эти двадцать. Из школьного курса биологии известно, что протеин состоит из двадцати различных аминокислот: коллекции достаточно простых органических молекул. Все аминокислоты на нашей планете левосторонние. Но существуют и правосторонние аминокислоты, абсолютно идентичные левосторонним. Используя химические реакции можно получить одинаковое число и тех и других. Почему же наша жизнь левосторонняя?

Химическая эволюция началась в космосе, а закончилась на Земле. Ее лидерами стали аминокислоты и их полимеры. Прогрессия эволюции дает для времени начала химической эволюции следующее значение: -6,90 млрд лет.