Сайт викладача фізики

Частина 1. Про еволюцію життя на Землі

§1. Про еволюційну теорію Дарвіна, або про те, що з′явилось раніше − яйце чи курка.

§2. Про енергетичні передумови самозародження та еволюційного саморозвитку життя на Землі.

Частина 2. Глобальне потепління, як наслідок техногенної діяльності людини та як реальна загроза людству

Ті процеси які відбувалися, відбуваються та будуть відбуватися на Землі, визначальним чином підпорядковані тому базовому закону Природи, який прийнято називати принципом мінімуму. В цьому законі стверджується: будь-яка енергетично відкрита система, тобто така система, яка обмінюється енергією з навколишнім середовищем, прагне прийти до такого стану, при якому кількість зосередженої в ній надлишкової енергії буде мінімально можливою.

Про визначальний вплив принципу мінімуму на долю живої природи загалом та людства зокрема пишу і говорю вже понад чверть століття. Скажімо мій реферат на дану тему: «До біологічний етап еволюційного процесу, або про енергетичні передумови самозародження життя на Землі», датовано 1996р. І як не прикро, а маю визнати: не лише у широкого загалу, а й в середовищі науковців, нема ознак усвідомлення того, що нинішні та майбутні катаклізми, як то глобальні потепління, сніди та ковіди-19, це закономірні та неминучі наслідки того факту, що сучасне людство діє всупереч принципу мінімуму. Власне про це і пишу.

Частина 1. Про еволюцію життя на Землі

§1. Про еволюційну теорію Дарвіна, або про те, що з’явилось раніше – яйце чи курка.

24 листопада 1859 року вийшла в світ книга видатного англійського дослідника природи Чарльза Дарвіна, яка називалась «Походження видів шляхом природного відбору». В ній автор, на основі аналізу багатьох наявних фактів переконливо доводив, що сучасне різноманіття життя на Землі, це результат неперервного природнього еволюційного процесу і що механізмом реалізації цього процесу є природній відбір найбільш пристосованих до наявних умов форм життя.

Побутує думка, ніби в теорії Дарвіна стверджується, що людина походить від мавпи. Ця думка є абсолютно хибною та безпідставною. Бо в теорії Дарвіна не стверджується, що людина походить від мавпи, свині, пацюка чи риби. В ній стверджується те, що стверджується: сучасні люди, сучасні мавпи, сучасні свині, пацюки, риби, ящірки, слимаки і взагалі все різноманіття сучасних форм життя – це  результат неперервного, природного еволюційного процесу і що механізмом реалізації цього процесу є природній відбір найбільш пристосованих до наявних умов форм життя.

По суті це означає, що колись дуже давно, скажімо 500 мільйонів років тому, на Землі не було ні людей, ні мавп, ні свиней, ні пацюків, ні пташок, ні жаб, ні змій, ні динозаврів. Натомість було величезне різноманіття тогочасних водоростей, бактерій, черв’яків, молюсків, медуз, примітивних хордових, тощо. При цьому, із певних різновидностей тогочасних хордових, в силу тих умов в яких вони існували та у повній відповідності з законами Природи, поступово, в процесі зміни сотень мільйонів поколінь, сформувалися ті види і різновидності тваринного світу, які прийнято називати рибами, земноводними, плазунами, птахами та ссавцями.  В тому числі  і такі розумні як ми з вами.

Мал.1 Сучасне різноманіття життя, це результат природнього еволюційного процесу (Ч. Дарвін).

Ви можете запитати: «А як сталося так, що із прадавніх, примітивних форм життя, які мають мало спільного з його сучасним різноманіттям, сформувалось це різноманіття?» Гранично стисло відповідаючи на це слушне запитання можна сказати наступне. Сучасне різноманіття життя та факт його еволюційного саморозвитку, це прямий наслідок факту того, що кожний організм живої природи є індивідуальним, тобто таким, який так чи інакше відрізняється від інших йому подібних організмів. А ця індивідуалізація забезпечується великим різноманіттям шляхів, основними з яких є статеве розмноження, різноманітні симбіози, відносно випадкові та невипадкові мутації.

Напевно найбільш системним, дієвим та очевидним способом урізноманітнення життя є статеве розмноження. Пояснюючи роль статевого розмноження в процесі урізноманітнення життя можна сказати наступне. Дослідження показують, що в кожній клітині живого організму, будь то клітина серця, нервової системи, шкіри, печінки чи волосся, є певна молекула ДНК. Молекула, в якій міститься повна генетична інформація про той організм частиною якого є відповідна клітина. По суті це означає, що за певних умов, із цієї інформаційної молекули можна відтворити точну копію (клон) відповідного організму.

Однак, в придатних для розмноження організмах, є група клітин, в яких міститься лише половина інформаційної молекули ДНК. Ці особливі та надзвичайно важливі клітини називаються статевими. А знаєте для чого Природа влаштувала таким чином, що саме в тих клітинах які відповідальні за відтворення життя, міститься лише половина спадкової інформації про це життя? Правильно! Для того, щоб діти не були точними копіями своїх батьків. Адже якщо всі будуть однаковими, ба навіть ідеально здоровими, ідеально розумними, ідеально кмітливими, ідеально спритними, але однаковими, то рано чи пізно віднайдеться така болячка, такий вірус, така інфекція, така зміна навколишніх умов, яка буде смертельною для відповідного організму, а отже і для всіх аналогічних організмів. А це означає, що ідеально однакові організми неминуче приречені на вимирання. Я вже не говорю про те, що ідеально однакові організми, принципово не спроможні до будь яких еволюційних змін.

Інша справа, коли організми так чи інакше відрізняються один від одного. В такій ситуації, будь які не сприятливі для життя обставини призводять до того, що ті організми які не пристосовані до цих обставин – вимирають, а ті що пристосовані – виживають. Власне сенс статевого розмноження в тому і полягає, щоб максимально ефективно урізноманітнювати життя та створювати умови для його виживання і еволюційного саморозвитку. Адже при статевому розмноженні, продовження роду забезпечується поєднанням двох статевих батьківських клітин, результатом якого є нова індивідуальна молекула ДНК, а відповідно і новий організм. Організм, який з одного боку зберігає визначальні ознаки батьків, а з іншого – має певний набір індивідуальних особливостей.

Статеве розмноження, безумовно найбільш системний, дієвий та очевидний спосіб урізноманітнення життя. Однак це урізноманітнення відбувається не лише в процесі статевого розмноження, а й в наслідок інших процесів, зокрема в результаті відносно випадкових та не випадкових мутацій, в результаті різноманітних симбіозів, в результаті впливу вірусів на генетичну структуру ДНК, в результаті обміну генами між різновидовими організмами, тощо. (Зауважимо, ген – це фрагмент молекули ДНК, який містить спадкову інформацію про певну властивість організму).

Говорячи про ті еволюційні перетворення які відбувалися, відбуваються і будуть відбуватися в живій природі, потрібно мати на увазі, що в процесі життя будь який організм постійно вирішує дві базові проблеми: проблему харчування та проблему виживання. Ілюструючи важливість та масштабність першої проблеми, наведемо такий показовий приклад. Відомо, що за сприятливих умов харчування, ті одноклітинні організми які називаються бактеріями, відтворюють собі подібні організми в середньому через кожні 20 хвилин. По суті це означає, що якби бактерія (m₀=4·10^-16кг) мала необмежену кількість харчів, то вже через дві доби, тобто через 2∙24∙60=2880 хвилин, загальна маса нащадків цієї бактерії становила б: m = m₀·2^(2880/20) = m₀·2¹⁴⁴ = m₀·2·10⁴³ = 8·10²⁷кг. А це в понад тисячу разів перевищує загальну масу Землі (М=5,98∙10²⁴кг). Ясно, що в такій ситуації, проблема харчування є однією з найважливіших. А оскільки харчами для живих організмів по суті є інші організми, то не важко збагнути що для живих організмів на ряду з проблемою харчування не менш важливою є проблема виживання.

Тепер, коли ви знаєте, що Природа робить все можливе за для максимального урізноманітнення форм життя, і що в процесі життя будь-який організм неминуче вирішує дві базові проблеми – проблему харчування та проблему виживання, можна гранично стисло та спрощено описати ті події які відбувались на Землі за останні 400 мільйонів років її історії, і результатом яких стало сучасне різноманіття живої природи. Відразу ж зауважимо, що ми будемо говорити про ті еволюційні перетворення які стосуються тваринних організмів і які описуються послідовністю: риби → земноводні → плазуни (динозаври) → птахи, ссавці. Однак ви маєте знати, що подібне можна сказати і про еволюцію тих організмів які називаються рослинами.

І так, 400 мільйонів років тому, водойми планети Земля були переповнені великим різноманіттям риб, які були панівним класом тогочасного тваринного світу. Риби жили в різних місцях, в тому числі і таких, що характеризувались сезонними пересиханнями водойм. Періоди повноводдя були сприятливими для життя та розмноження риб і тому відповідні водойми кишіли незліченними косяками риб. Періоди ж посухи, були не сприятливими для виживання і тому мільйони риб неминуче гинули. А оскільки риби суттєво відрізнялись одна від одної, то деякі з них виживали. Виживали тому, що мали одну характерну особливість – здатність певний час протриматись в тих умовах коли їхнє тіло було лише частково зануреним у воду, а точніше в ту багнюку на яку перетворювалась відповідна водойма.

Періоди засухи знову змінювались сприятливими для життя періодами повноводдя і виживші особини давали нові багатомільйонні покоління риб. При цьому таких, в яких здатність виживати в умовах нестачі води, генетично закріплювалась. В періоди наступних засух, переважна більшість цих «вдосконалених» риб знову гинула. І знову виживали лише ті з них, в яких життєво важлива здатність жити в умовах як наявності так і відсутності води була максимально вираженою.

Проходили століття, тисячоліття, десятки і сотні тисячоліть. Проходили мільйони років. При цьому, в процесі зміни мільйонів поколінь, поступово і на перший погляд непомітно, одним словом – еволюційно, сформувались такі особини які мало нагадували своїх прадавніх батьків. Ці особини мали такий набір якісно нових властивостей, який безумовно вказував на їх приналежність до якісно нового роду тваринного світу – роду земноводних.

Потрібно зауважити, що еволюційна трансформація певних видів риб у відповідні різновидності земноводних була цілком закономірною та неминучою. Достатньо сказати, що в перенаселеному рибами водному середовищі, було багато ворогів (конкурентів) і мало харчів. Натомість в суміжному з водою наземному середовищі, харчів було багато, а ворогів мало. Ясно, що за таких обставин, Природа постійно “підштовхувала” живі організми до виходу на сушу. І такий вихід неминуче відбувався. При цьому в різних місцях і за різних умов, еволюційно сформувалось широке різноманіття земноводних.

Певний час земноводні були панівним класом високоорганізованого наземного життя. Вони колонізували практично всі прибережні зони і характеризувались широким різноманіттям форм, розмірів та мас. Ясно, що з плином часу в прибережних зонах, конкуренція за харчі та боротьба за виживання неминуче посилювалась. За цих обставин, ті земноводні які прагнули колонізувати віддалені від водойм райони суходолу, отримували безумовні переваги. Адже там було багато харчів і мало ворогів.

Однак земноводні мали ряд суттєвих вад. І головна з них полягала в тому, що вони розмножувались у воді. Ясно, що ті земноводні які прагнули колонізувати віддалені райони суходолу, зазвичай відкладали свою ікру в тих невеличких водоймах що зустрічались на їх шляху. Не менш очевидно і те, що ці невеличкі водойми зазвичай пересихали і мільйони мільйонів ікринок неминуче гинули. Однак, деяким з них щастило виживати. Щастило не лише тому, що відповідні водойми пересихали не повністю, а ще й тому, що зовнішня оболонка цих ікринок була дещо товстішою, а їх внутрішнє наповнення – дещо багатшим на поживні речовини. Ці особливі ікринки давали життя новим поколінням земноводних, в яких здатність відкладати ікру з більш товстою оболонкою та з більшим запасом поживних речовин генетично закріплювалась.

Проходили століття, тисячоліття, десятки і сотні тисячоліть. Проходили мільйони років. В процесі цих років, від покоління до покоління, здатність відкладати ікру з все більш і більш товстою оболонкою та з все більшим і більшим запасом поживних речовин, неухильно посилювалась. З рештою, посилилась настільки, що через мільйони поколінь, те що раніше називали ікрою, стали називати яйцем, а те що раніше було земноводним, стало динозавром (плазуном). І не важко збагнути, що в процесі вище описаних подій, еволюційно змінювались не лише параметри того що спочатку називали ікрою, а потім – яйцем, а й інші параметри тих особин, які спочатку були земноводними, а потім – динозаврами.

Тривалий час динозаври були панівним класом наземного тваринного світу. Вони колонізували практично всі більш-менш придатні для життя куточки Землі і характеризувались надзвичайно широким видовим різноманіттям, різноманіттям форм, розмірів та мас. Однак динозаври мали ряд суттєвих недоліків, головним з яких була їх холоднокровність. Звичайно, коли мова йшла про риб, то їх холоднокровність не була певною вадою. Адже температурний режим водного середовища якщо і змінюється, то в досить обмеженому діапазоні, при цьому в такому, що є абсолютно придатним для активного життя. За таких обставин, холоднокровність є скоріше перевагою аніж вадою. Інша справа, життя на суходолі, де температура середовища може змінюватись від тріскучих морозів до нестерпної спеки. За таких умов, холоднокровність є суттєвою вадою, яка ставить виживання відповідного організму в залежність від температурних умов навколишнього середовища.

Результатом сукупності тих недоліків які мали динозаври, та тих несприятливих умов які склалися напочатку кайнозойської ери (65 млн. років тому), став факт масового вимирання динозаврів. Прийнято вважати, що основною причиною вимирання динозаврів, було падіння величезного метеорита, яке спричинило низку кліматичних змін, в результаті яких і вимерли динозаври. Чесно кажучи, дана гіпотеза не є переконливою. Скоріш за все, вимирання динозаврів було цілком закономірним та неминучим результатом еволюційного розвитку життя. А те що певні катаклізми можуть прискорити або сповільнити хід еволюційного процесу, то в цьому нема жодних сумнівів.

Та як би там не було, а початок кайнозойської ери ознаменувався вимиранням до того панівного класу хребетних – динозаврів. Втім, ще до цих трагічних подій, в надзвичайно різноманітному середовищі дрібних плазунів (динозаврів), еволюційно зародилися два нових класи тваринного світу – птахи та ссавці.

Ті, зазвичай дрібні динозаврики, далекі нащадки яких стануть птахами та ссавцями, мали ту особливість, що їх серце було дещо потужнішим аніж в інших подібних особин, а отже таким, яке дозволяло інтенсивніше розганяти кров по тілу тварини та забезпечувати його внутрішнє нагрівання. А ще, захисна луска цих дрібних динозавриків, була схильною до розтріскування. А це означає, що ця потріскана луска дозволяла зберігати те тепло яке генерувалось активним серцем динозавра.

Пройдуть мільйони років, зміняться мільйони поколінь, перш ніж нащадки цих «особливих» динозаврів стануть такими, що їх назвуть птахами і ссавцями. В процесі цих змін, двокамерне серце динозавра еволюційно трансформується в серце чотирикамерне, а те що раніше було лускою, стане тим що прийнято називати пір’ям, пухом, волоссям та хутром. Крім цього, ті «особливі» динозаври, далекі нащадки яких стали ссавцями, винайшли ще одне корисне еволюційне вдосконалення: замість того щоб відкладати запліднені яйця та залишати їх на призволяще, вони почали залишати ці яйця всередині материнського організму і народжувати вже сформованих дитинчат.

Мал.2.  Загальна картина еволюційного саморозвитку життя на Землі.

Потрібно зауважити, що еволюційний процес не є таким що неминуче спонукає будь яку форму життя до еволюційного самоускладнення. А якщо цей процес і має певну стратегічну мету, то вона полягає в тому, щоб створити певну енерго ефективну систему. І якщо якась група живих організмів стає гармонічною частиною цієї загально планетарної системи, то вона в практично незмінному вигляді може існувати сотні мільйонів і навіть мільярди років. Скажімо, переважна більшість сучасних акул, практично не відрізняються від тих, які жили на Землі 200, 300 ба навіть 400 мільйонів років тому. Або наприклад, ті ціанобактерії які з’явилися 2,7 мільярдів років тому, в практично незмінному вигляді існують і тепер.

Ясно, що все різноманіття тих подій які тривали сотні мільйонів років та стосувались сотень трильйонів живих істот, не можливо детально описати та пояснити не те що в межах короткого параграфу, а навіть в межах десятків товстих наукових книг. Тому наша розповідь про еволюцію життя на Землі була гранично стислою та спрощеною. Однак такою, яка дозволяє в загальних рисах зрозуміти суть та механізм тих еволюційних змін що відбувались і продовжують відбуватись в живій природі.

Зрозуміти, що не було тієї прадавньої риби, з ікри якої з’явилась перша жаба. Не було тієї прадавньої жаби, яка відклала яйце динозавра. Не було того прадавнього динозавра, з яйця якого вилупилась перша курка. І не було тієї прадавньої мавпи, яка народила першу людину. Натомість був складний, довготривалий еволюційний процес, в ході якого, у повній відповідності з законами Природи та в силу тих природних умов що існували на Землі, поступово «народжувались» і сучасні риби, і сучасні земноводні, і сучасні динозаври, і сучасні птахи, і все різноманіття сучасних ссавців, в тому числі і таких розумних та особливих як ми з вами.

А якщо ви не вірите, що ті прадавні істоти, яких умовно можна назвати нашими прабатьками, могли бути не те що динозаврами, а навіть черв’ячками та бактеріями, то проаналізуйте той еволюційний шлях який проходить кожна людина у своєму ембріональному розвитку. Адже в процесі цього розвитку кожен із нас проживав і стадію одноклітинної бактерії, і стадію безхребетного черв’ячка,  і стадію малька, і стадію пуголовка, і стадію ящірки, і звичайно стадії тих багатьох поколінь прадавніх ссавців які були нашими еволюційними попередниками.

Мал.3. Ембріональний розвиток людини, це пряме та наочне відображення її еволюційного розвитку.

На завершення додамо,  що сучасна еволюційна теорія життя, яку прийнято називати теорією Дарвіна, не є тією всеосяжною теорією, яка пояснює все і вся. Зокрема, вона не пояснює, як та чому виникло життя на Землі? Не пояснює, чи є випадковим факт самозародження та еволюційного саморозвитку життя? Не пояснює, чому еволюційний саморозвиток життя відбувається шляхом ускладнення форм цього життя: одноклітинні організми  →  прості багатоклітинні організми  →  риби  →  земноводні  → плазуни  →  птахи  → ссавці? Не пояснює, чи є поява розумних форм життя, закономірним результатом його еволюційного саморозвитку?

Втім, це зовсім не означає, що сучасна наука не має відповідей на ці та їм подібні запитання. (Власне про це ми і поговоримо в наступному параграфі). А тим більше, не означає, що сучасна еволюційна теорія є хибною. Навіть якщо завтра чи після завтра наука створить нову, більш точну та досконалу теорію життя, ця нова теорія неминуче буде лише певним уточненим варіантом сучасної еволюційної теорії. Адже наука влаштована таким чином, що в ній кожна нова теорія не заперечує і не може заперечити попередню наукову теорію. Бо основою будь-якої наукової теорії є певна сукупність достовірних експериментальних фактів, заперечити чи відмінити які не може жодний авторитет і жодна теорія. Бо заперечувати достовірність сучасної еволюційної теорії, це ніби заперечувати факт того, що у своєму ембріональному розвитку, людський організм проходить ті стадії, які проходить.

§2. Про енергетичні передумови еволюційного самозародження та саморозвитку життя на Землі.

Картина загального устрою Всесвіту та тих еволюційних процесів, що відбуваються в ньому, буде не повною без розгляду того надскладного природного явища, яке прийнято називати життям. Явища, найрізноманітніші прояви якого не можливо описати не те, що в межах одного параграфа, а навіть багатьох книжок. Тому, говорячи про життя, ми не будемо вдаватися в хімічні, біологічні та психоемоційні подробиці цього явища. Ми стисло зупинимось лише на фізичній суті життя. А розуміючи цю суть спробуємо відповісти на ряд глобальних запитань, зокрема:

– чи є випадковим факт самозародження життя на Землі;

– чи є випадковим факт еволюційного саморозвитку життя;

– чи є випадковим факт еволюційного ускладнення форм життя?

Дослідження показують, що вже через пів мільярда років після того як Земля стала планетою, на ній почали з’являтися перші до біологічні форми життя. І потрібно зауважити, що ці прадавні форми життя були в тисячі, а то й в мільйони разів  простішими за  сучасні одноклітинні організми (бактерії). По суті, до біологічні форми життя представляли собою відносно прості, обособлені молекули дезоксирибонуклеїнових кислот. Сьогодні подібні, але значно складніші молекули ми називаємо молекулами ДНК. Ці молекули мають одну характерну особливість. За наявності сприятливих умов, молекула ДНК ділиться на дві дзеркально симетричні частини, які, відбираючи з навколишнього середовища потрібні більш прості молекули, самовідновлюється. А самовідновившись знову ділиться на дві частини і т.д.

Пройде близько одного мільярда років, перш ніж ці примітивні форми життя, в процесі складного еволюційного відбору, трансформуються в перші одноклітинні структури схожі на сучасні бактерії. Пройде ще пару мільярдів років перш ніж ці прості одноклітинні структури життя еволюціонують до простих багатоклітинних організмів, на кшталт сучасних поліпів, губок, медуз та плоских червів. Пройде ще мільярд років і еволюційна трансформація простих багатоклітинних організмів створить сучасне різноманіття тваринного та рослинного світу.

Втім, загальний хід еволюції живих структур є загальновідомим і таким що підтверджується величезною кількістю прямих та не прямих доказів. Однак, що стосується початкового, до біологічного етапу еволюції, то і на сьогоднішній день цей етап залишається найменш дослідженим, а відповідно найбільш суперечливим фрагментом еволюційної теорії.

На тепер існує декілька загально відомих наукових гіпотез, кожна з яких так чи інакше пояснює, яким чином із атомів та відносно простих молекул неживої природи, утворились перші примітивні структури життя. До числа цих гіпотез відносяться: гіпотеза протеїнових мікро сфер; гіпотеза молекулярної еволюції; гіпотеза еволюції полінуклеотидів; коацервативна гіпотеза; гіпотеза еволюції життя на основі частинок глини та деякі інші. Ці гіпотези так чи інакше відрізняються одна від одної. Але по суті кожна з них стверджує одне і те ж: в тих умовах які існували на Землі чотири мільярдів років тому, у повній відповідності з відомими законами фізики та хімії відбулося еволюційне самозародження життя. При цьому різні гіпотези наводять вагомі докази того, що таке самозародження могло відбутися різними шляхами та різними комбінаціями цих шляхів. І якщо на сьогоднішній день наука ще не визначилась з тим, яка з вище названих чи можливо інших наукових гіпотез є безумовно правильною, то це тільки тому що на тепер ми не можемо провести такий експеримент, який би в точності відтворив все різноманіття тих умов, що існували на прадавній Землі і який би тривав десятки, а то й сотні мільйонів років.

Звичайно, можна детально проаналізувати до біологічний етап історії Землі і навести безліч аргументів, які безумовно доводять, що у повній відповідності з відомими законами Природи, в тих умовах які існували на Землі чотири мільярди років тому, примітивні структури життя могли самозародитись і що ймовірність такого самозародження є надзвичайно великою. Однак сьогодні, проблему еволюційного самозародження життя ми розглянемо не з позиції суто хімічної чи суто біологічної науки, а з позиції фундаментальних законів Природи.

Не дивлячись на все різноманіття існуючих форм життя, та фантастичну складність тих процесів, які власне і утворюють це життя, фізична суть життя є надзвичайно простою. І ця суть полягає в наступному. Фотосинтизуючі організми, а простіше кажучи рослини, беруть з навколишнього середовища воду (Н₂О) та вуглекислий газ (СО₂) і під дією енергії сонячного світла, перетворюють їх на енергоємні молекули глюкози (С₆Н₁₂О₆). Побічним продуктом цього процесу, який називаються фотосинтезом, є виділення вільного, молекулярного кисню (О₂). Іншими словами :

Рослини (Продуценти):   6Н₂О + 6СО₂ + Е_с  →  С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

По суті, рослинні організми перетворюють енергію сонячного світла в енергію хімічних зв’язків, тобто:   Е_с  → Е_хім..

Не фото синтезуючі організми, а простіше кажучи тварини, здійснюють зворотнє перетворення. Вдихаючи кисень та споживаючи глюкозу, а точніше кажучи, похідні від неї білки, жири та вуглеводі, тваринні організми знову перетворюють їх на воду та вуглекислий газ. При цьому, отримана в результаті такого перетворення енергія йде на здійснення тих процесів (рухів), які і називаються життям. Іншими словами :

         Тварини (Редуценти):   С₆Н₁₂О₆  +  6О₂   →   6Н₂О  +  6СО₂  +  Е_рух

По суті, тваринні організми перетворюють енергію хімічних зв’язків в енергію упорядкованого руху складових частин організму, тобто:  Е_хім  → Е_рух

Таким чином, фізична суть життя полягає в складному, багато ступеневому кругообігу речовини та енергії, результатом якого є перетворення енергії сонячного випромінювання у відповідну кількість енергії упорядкованого руху частинок речовини:  Е_с  →  Е_хім  →  Е _рух.

Мал.107 В процесі кругообігу життя, сонячна енергія трансформується в енергію руху частинок речовини і розсіюється.

Коли ми стверджуємо, що еволюційне самозародження та саморозвиток життя на Землі є неминучим наслідком дії базових законів Природи, то перш за все маємо на увазі той закон який зазвичай називають принципом мінімуму і який можна було б назвати законом енергетичної доцільності. Суть цього фундаментального закону полягає в тому, що: будь-яка енергетично відкрита система, тобто така система, яка обмінюється енергією з навколишнім середовищем, прагне прийти до такого стану, при якому кількість зосередженої в ній надлишкової енергії буде мінімально можливою.

Фактично це означає, що енергетично доцільна подія рано чи пізно відбувається. Скажімо, підняте над землею тіло, рано чи пізно опиняється на землі. Опиняється тому, що ця подія є енергетично доцільною. Нагріте тіло рано чи пізно охолоджується. Охолоджується тому, що ця подія є енергетично доцільною. Намагнічене залізо, рано чи пізно розмагнічується. Розмагнічується тому, що ця подія є енергетично доцільною. Атом урану рано чи пізно розпадається. Розпадається тому, що ця подія є енергетично доцільною. Аморфний цукор, тобто той цукор, молекули якого розташовані хаотично, рано чи пізно кристалізується, тобто стає таким, молекули якого розташовані в певному, строго визначеному порядку. Кристалізується тому, що ця подія є енергетично доцільною.

Наукові дослідження показують, що вже на самих ранніх етапах історії нашої планети, на ній склалися сприятливі умови для самозародження та еволюційного саморозвитку життя. До числа цих умов відносяться. Наявність достатньо великої кількості води. Наявність потрібного різноманіття хімічних елементів. Сприятливі температурні та кліматичні умови. Сприятливий режим обертання Землі навколо своєї осі та навколо Сонця. Наявність достатньо потужного магнітного поля. Наявність сприятливого радіаційного фону, тощо. Кожна з цих умов є важливою і в тій чи іншій мірі необхідною передумовою виникнення життя. Однак факт наявності цих умов ще не гарантує того, що на відповідній планеті виникне життя.

Напевно найважливішою та найнеобхіднішою передумовою самозародження та еволюційного саморозвитку життя є енергетична доцільність цього процесу. А на Землі ця доцільність існувала і продовжує існувати. Суть цієї доцільності полягає в наступному. Як відомо, Земля має атмосферу, однією із складових якої є вуглекислий газ (СО₂). Цей газ має ту особливість, що практично безперешкодно пропускає видиме сонячне світло і майже не пропускає те інфрачервоне випромінювання, на яке перетворюється це світло в процесі відбивання від поверхні Землі. Іншими словами, вуглекислий газ надає атмосфері Землі тих властивостей які прийнято називати парниковим ефектом.

Мал.108. Парниковий ефект акумулює в навколоземному просторі певну кількість надлишкової енергії.

Неминучим результатом парникового ефекту є факт того, що в навколоземному просторі акумулюється певна кількість надлишкової енергії. Ясно, що кількість цієї енергії не може бути безкінечно великою. Адже не може бути так, щоб Земля постійно отримувала більше енергії, аніж віддавала в навколишній простір. За всіма законами Природи, в подібній ситуації рано чи пізно настає момент енергетичного балансу, тобто такий стан системи, при якому кількість наданої їй енергії в точності дорівнює кількості енергії нею втраченої. При цьому, згідно з законом енергетичної доцільності, Природа буде робити все можливе за для того, щоб енергетичний баланс наступав при мінімально можливій кількості надлишкової енергії, а простіше кажучи, при мінімально можливій середньорічній температурі навколоземного простору.

Реалізуючи ці прагнення, Природа, а по суті та надлишкова енергія, яка акумулюється  в навколоземному просторі, організовує в цьому просторі певні циклові процеси, які прийнято називати кругообігами речовини. Одним з таких кругообігів є кругообіг води. Його суть загально відома: під дією енергії сонячного світла, вода випаровується в одних місцях і повертається  на землю в інших; під дією енергії сонячного світла, вода сильніше нагрівається в одних місцях і тече туди де це нагрівання є меншим. При цьому виникають гігантські океанічні та морські течії, утворюються та переміщуються волого насичені хмари, течуть наземні та підземні річки, утворюються та руйнуються льодовики, тощо. Результатом такого кругообігу є факт того, що певна кількість енергії сонячного світла перетворюється на енергію упорядкованого руху частинок речовини: Е_с  →  Е _рух.

Мал.109 В процесі кругообігу води і повітря, сонячна енергія трансформується в енергію руху частинок речовини і розсіюється.

Другим, загальновідомим земним кругообігом є кругообіг атмосферного повітря. Суть цього кругообігу очевидно проста: під дією енергії сонячного світла, різнонагріті шари атмосферного повітря постійно переміщуються. При цьому виникають різноманітні вітри, буревії, урагани, смерчі, тощо. Енергетичний результат такого кругообігу також очевидний: певна кількість енергії сонячного світла перетворюється на енергію упорядкованого руху частинок речовини: Е_с  → Е _рух.

         І відтепер ви знаєте, що на Землі існує ще один важливий кругообіг – кругообіг життя. Знаєте і про те, що в процесі цього кругообігу певна кількість енергії сонячного випромінювання, перетворюється на енергію упорядкованого руху частинок речовини : Е_с  →  Е_хім   → Е _рух

Таким чином акумульована в навколоземному просторі енергія сонячного світла, організовує в цьому просторі різноманітні циклові процеси і перш за все кругообіги води, повітря та живої матерії. В процесі цих кругообігів, енергія сонячного світла перетворюється на енергію упорядкованого руху частинок речовини, яка в  свою чергу створює таке електромагнітне випромінювання, яке легко покидає навколоземний простір. При цьому говорять, що в процесі кругообігу речовини відбувається розсіювання енергії.

Потрібно зауважити, що будь-які рухи частинок речовини породжують відповідне електромагнітне випромінювання. Наприклад, надзвичайно інтенсивний тепловий рух цих частинок, створює таке електромагнітне випромінювання, яке ми називаємо видимим світлом. Менш інтенсивний тепловий рух, створює так зване інфрачервоне випромінювання. Якщо ж говорити про той відносно повільний рух, який ми називаємо упорядкованим (або, якщо хочете, механічним рухом), то він породжує малопомітне низькочастотне випромінювання, яке не викликає у нас певних відчуттів і не є предметом будь якого практичного застосування. Це випромінювання має одну характерну особливість: для нього атмосфера Землі є абсолютно прозорою. А це означає, що та електромагнітна енергія, яка створюється упорядкованим рухом частинок речовини, легко долає «парникову пастку» і розсіюється в космічному просторі.

Ви можете запитати: «А яке відношення мають вище наведені факти до питання про те, як, коли та чому виникло життя на Землі?» А справа ось в чому. Організовуючи ті чи інші кругообіги, Природа вимагає лише одного: ці кругообіги мають бути максимально ефективними, тобто такими, які максимально ефективно розсіюють надлишкову енергію та сприяють тому, щоб загальний рівень цієї енергії був гранично низьким. Так от. Дослідження показують, що енергетична ефективність кругообігу життя, щонайменше в сотню разів вища за відповідну ефективність кругообігів води та повітря в неживій природі. Достатньо сказати, що оновлення біосфери Землі відбувається за 8 років, тоді як аналогічне оновлення гідросфери Землі – лише за 2800 років. По суті це означає, що в структурах життя, вода обертається в 350 разів інтенсивніше, аніж в структурах неживої природи і відповідно в 350 разів ефективніше розсіює надлишкову енергію. А це означає, що те явище, яке називають життям є енергетично доцільним, а отже таким, яке за наявності відповідних умов рано чи пізно відбувається.

Більше того. Дослідження показують, що  по мірі ускладнення форм життя (перші до біологічні форми життя → прокаріотні клітини → еукаріотні клітини → прості багатоклітинні організми → риби → земноводні → плазуни → птахи → ссавці), їх енерго розсіювальна ефективність неухильно зростає. Скажімо, усереднена питома інтенсивність енергорозсіювання одноклітинних організмів становить 0,4Дж/год, багатоклітинних холоднокровних організмів –  4,0 Дж/год, а теплокровних – 80 Дж/год. А це означає, що той шлях який пройшло життя у своєму еволюційному саморозвитку і який характеризується поступовим ускладненням живих структур є закономірним результатом дії того закону, який  називається законом енергетичної доцільності.

Життя енергетично доцільне не лише тому, що надзвичайно ефективно розсіює ту надлишкову енергію, яка в результаті парникового ефекту накопичується в навколоземному просторі. Енергетична доцільність життя подвоюється ще й  фактом того, що воно кардинально зменшує сам парниковий ефект. Зменшує тому, що шляхом фотосинтезу вилучає величезну кількість атмосферного вуглецю та акумулює його в тілах живих організмів. Адже основним атомом життя є не  кисень, не азот, не водень і не золото, а вуглець (карбон). Саме атоми вуглецю утворюють становий хребет будь-якої живої структури, починаючи від вірусів та бактерій і закінчуючи всім різноманіттям рослинного та тваринного світу. І всі ці атоми, шляхом фотосинтезу вилучені із атмосфери Землі та перетворені на складові елементи живих організмів.

Більше того, в процесі кругообігу життя, величезна кількість того вуглецю, який містився в атмосферному повітрі і створював відповідний парниковий ефект, було вилучено з атмосфери і у вигляді нафти, вугілля, природного газу, сланців та інших вуглеводнів, надійно сховано в підземних кладових. І, сподіваюсь, ви розумієте, що сховано не випадково, а у повній відповідності з законом енергетичної доцільності.

Про ефективність життя в питанні зменшення парникового ефекту, а по суті в питанні забезпечення енергоефективного існування тієї системи яка називається планета Земля, з усією очевидністю говорить той факт, що на момент появи життя на Землі, кількість вуглекислого газу в її атмосфері становила 90%. Натепер же ця кількість становить лише 0,03%, тобто в 3000 разів менше.

До речі.  Бездумно та масштабно видобуваючи природні горючі матеріали (вуглеводні)  та перетворюючи їх на вуглекислий газ, ми діємо всупереч закону енергетичної доцільності. Тобто всупереч тому закону, що є відповідальним за факт появи життя на Землі, в тому числі і такого розумного як ми  з вами. А це означає, що рано чи пізно ( скоріш за все рано)  Природа віднайде спосіб покарання нахаби. І як це не прикро, але маємо визнати, що ті хто гордо іменують себе “homo sapiens” тобто “людина розумна” навіть не усвідомлюють глобальності навислої над ними загрози.

Таким чином, неупереджений аналіз базових законів Природи, безумовно вказує на те, що за тих умов, які існували на  Землі близько чотирьох мільярдів років тому,  еволюційне самозародження життя було не лише можливим, а й практично неминучим. Аналіз тих же законів вказує і на те, що за певних умов життя не лише самозароджується, а й еволюційно самовдосконалюється.  Самовдосконалюється по шляху ускладнення форм життя. При цьому, потрібно мати на увазі, що процес еволюційного саморозвитку та самовдосконалення живої матерії  автоматично призводить до певних змін того навколишнього середовища, яке прийнять називати неживою природою. А ці зміни, в свою чергу певним чином впливають на хід та параметри самого еволюційного процесу.

Результатом цих взаємопов’язаних та взаємодоповнюючих процесів є створення цілісної гармонізованої системи, кожний елемент якої має своє призначення і виконує певні важливі функції. Критерієм же досконалості цієї системи є загальна ефективність розсіювання надлишкової енергії

Нажаль, маємо визнати, що найсуперечливішим та найпроблемнішим елементом біосистеми Землі є людина. Дійсно. З одного боку енергорозсіювальна ефективність людини є гранично великою. Великою не стільки завдяки особливостям біологічної структури людського організму, скільки завдяки тим енергорозсіювальним процесам, які спричиняє людська діяльність. З іншого ж боку, на певному етапі еволюційного розвитку, людина починає надзвичайно інтенсивно видобувати ті вуглеводні, які у повній відповідності з законом енергетичної доцільності  мають бути  законсервованими в підземних кладових. Видобувати та перетворювати їх на вуглекислий газ, який протидіє ефективному розсіюванню надлишкової енергії. А це означає, що відповідна діяльність людини суперечить закону енергетичної доцільності.

В такій ситуації, відношення Природи до тієї частини гармонізованої  біосистеми Землі, яка називається людством, визначальним чином залежатиме від результуючого енергетичного балансу людської діяльності. І якщо цей баланс буде таким, що суттєво суперечить закону енергетичної доцільності, то не має сумніву в тому, що Природа віднайде спосіб покарання порушника.

Втім, керуючись отим споконвічним “ та якось то воно буде” будемо жити та сподіватись на краще. Однак, щоб це краще відбулося, ми маємо дослухатись до вимог законів Природи і зробити відповідні висновки.

18.06.2014.

Частина 2. Глобальне потепління, як наслідок техногенної діяльності людини та як реальна загроза людству