Энергия и жизнь

Биологические методы пока намного дороже, чем химические, и не столь эффективны, производство биологических препаратов не налажено в больших масштабах, но и эти затруднения не принципиальны. Как мы говорили, эти сложности имеют технологическую природу, а значит, преодолимы. В наше время наиболее перспективно использование комбинированных способов борьбы: химия + биология с постепенным и неотвратимым наращиванием вклада биологии.

Очень сходна ситуация с использованием гербицидов: и здесь возникают сложности с химическим загрязнением среды. Хотя применение гербицидов для безотвальной обработки почвы позволяет избегать эрозии (но энергетически недешево!), их накопление в окружающей среде грозит большими неприятностями. Эффект аккумуляции более опасен, так как гербицидов для полного уничтожения целых армий сорняков требуется во много раз больше, чем пестицидов против вредителей. И здесь выход — в переходе к биологической системе земледелия (это мы обсуждали в предыдущем разделе). Потребуются более высокая культура земледелия, строгое выполнение правил агротехники и другие очевидные вещи.

Большой интерес для будущего представляет нетрадиционная форма ведения сельского хозяйства. Современное сельское хозяйство потому и неэффективно и громоздко, что оно рассеяно по поверхности планеты, «размазано» по большим площадям. К настоящему времени разработано несколько схем гигантских биофабрик (биотронов) с почти замкнутыми экологическими системами и с практически безотходным производством.

Другой вариант развития нетрадиционных вариантов сельского хозяйства связан с заменой дефицитного животного белка на белок одноклеточных или соевых растений. Производство дрожжевого белка вышло на рубеж 1 млн т/год в 80-е годы и продолжает нарастать. Перспективы его производства высоки из-за чрезвычайно больших скоростей прироста биомассы, которые в тысячи раз выше, чем скорости прироста животного белка. И в то же время аминокислотный состав, особенно по квоте незаменимых аминокислот, может быть аналогичен составу животного белка. Но пожалуй, одно из главных преимуществ — возможность его наработки на непищевом сырье: это сопутствующие парафины нефти; отходы древесины и сельскохозяйственных растений; низкокалорийные для сжигания бурые угли, торфы и др. Одна из проблем, связанных с очищением микробного белка от избыточных нуклеиновых кислот, тоже может быть отнесена к разряду технологических, т. е. решаемых. Энергетическая стоимость готового продукта на основе белков микроорганизмов, пока еще довольно высокая, может быть снижена в несколько раз по сравнению со стоимостью белков говядины, производимой традиционными путями. То же относится и к выработке белка из бобовых растений. Поэтому в 90-е годы в ряде развитых стран планируется заменить 10–25% мясо-молочных продуктов растительными и микробными белками, по виду, вкусу и качеству близкими к изделиям, сейчас выпускаемым из молока и мяса.

Со второй половины нашего столетия возросла активность математического прогнозирования глобального развития эколого-экономических процессов на нашей планете. И это не удивительно. Очень резко поднялись темпы изменения лика биосферы в наше время. Каждый год конца нашего века в этом смысле стоит десятилетия его начала, столетия средних веков и тысячелетий палеолита. Поэтому необходимость количественных прогнозов очевидна. Быстрое развитие вычислительной техники позволило осуществлять расчеты динамики развития биосоциальных систем в глобальных масштабах. До сих пор мы могли изучать закономерности биосферы как уникального объекта главным образом в ретроспекции. Экспериментировать с биосферой мы не можем и не имеем права. Имитационные эксперименты на ЭВМ являются единственной возможностью системных исследований биосферы.

Первые попытки формализовать глобальное описание экологических процессов предприняты по инициативе «Римского клуба» — неофициальной организации, одним из создателей которой стал известный итальянский предприниматель Аурелио Печчеи. В первых докладах «Римскому клубу» были проанализированы модели развития общества и среды в многомерном фазовом пространстве, компонентами которого были производственные, социальные и экологические процессы (модели Форрестера и Медоузов). Если результаты расчетов по первым моделям показались обескураживающими, типа полной остановки роста экономики и снижения числа людей на планете, то в дальнейшем удалось выявить условия сбалансированного развития экологии и экономики. При этом совершенно необходимым требованием было существенное увеличение трат на охрану окружающей среды во всех вариантах положительных прогнозов (модель «ГЕЯ», СССР).

Не имея возможности проанализировать детально результаты прогнозов развития человечества в биосфере, коротко остановимся на одном из них, самом ужасном — глобальном термоядерном конфликте. С точки зрения действия энергетических принципов этот вариант не биологичен, т. е. противоречит тенденции постоянного роста энергетики и умощнения круговорота в живой природе, так как связан с глобальными разрушениями и уничтожением большого числа живых и промышленных объектов. Однако законы социального развития могут иметь свое, в том числе и трагическое для человечества, обоснование.

И по радиоактивному, и по химическому загрязнению, и по изменению климатических условий (резкое похолодание) глобальный ядерный конфликт окажется гибельным для человека и ряда высших животных и растений если не в первом, то в последующих поколениях (см. [Природа, 1985, № 6, ряд статей советских ученых]). Сама жизнь на планете не будет уничтожена, но ей придется отступить на уже пройденные позиции. Хочется верить, что вступление в ноосферу состоится в ближайшем будущем и что оно будет связано с видом Homo sapiens.

Глава 11. Что дает энергетический подход для теоретической биологии, или попытка ответить на вопросы «почему»?

Многие вещи нам не понятны не потому, что наши понятия слабы, но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий.

11.1. Почему жизнь дискретна

О дискретности жизни и смене поколений образно сказал А. С. Пушкин в «Евгении Онегине»:

Можно сказать, что естествознание нашего века началось с осознания дискретности мира. В физике «сплошная, гладкая» материя — континуум, с непрерывными превращениями, сменилась на нечто дискретное в пространстве и времени, с квантованными превращениями. В биологии представления о слитой наследственности, многим казавшиеся самыми естественными, с 1900 г., после «переоткрытия» законов Менделя, стали интенсивно вытесняться концепцией дискретного наследования.

Дискретность организменного уровня не требовала доказательств: настолько она очевидна, достаточно взглянуть на самих себя. Она и легла в основу эволюционных представлений об изменении во времени, эволюции форм. Дискретность на клеточном уровне была доказана экспериментально с применением микроскопов; дискретность видов лежала в основе дарвинизма; пространственная отграниченность и дискретность локальных экосистем активно изучаются в настоящее время. Итак, всю биологию пронизывает идея дискретности. И все же... И все же почему не может существовать непрерывная живая плазма, вечная во времени (типа живого мыслящего океана С. Лема)? Почему мы должны рождаться и умирать, сменяя друг друга в поколениях, а наши внуки должны нас «вытеснять из мира»?

Этот вопрос «почему» для традиционной биологии непрост, а для субстратного подхода, опирающегося на неопределенную и рыхлую идею «саморазвития», он во многих случаях просто убийственный. Действительно, зачем «саморазвивающейся» системе рвать себя на куски, отмирать, теряя при этом почти все? Разве не хватило бы простой «косметики», сохраняющей непрерывность структур? Посмотрим, как можно объяснить дискретность с позиций С + Э подхода, рассмотрев ее на разных уровнях биологической организации.