Количественное сопоставление современной биосферы и техносферы

Количественное сопоставление современной биосферы и техносферы приведено в предыдущей таблице. В ней указано «средообразующее число» биологических видов: 107 видам биоты биосферы противопоставлен один вид — Homo sapiens, созвавший техносферу. Если биота «контролирует» все входящие в нее виды, то человек практически использует в различных отраслях своей деятельности только около 15 тысяч видов, при этом треть из них — в сельском хозяйстве. Масса всего материала биосферы разделена на живое и биогенное (произведенное биотой) вещество. Аналогично этому материал техносферы также разделен на две части. В соответствии с этим в табл. масса сравниваемых сфер разделена на активное вещество (соответственно живое и техническое) и неактивное, произведенное вещество (биогенное и техногенное).

Годовая первичная продукция живого вещества биосферы составляет около 1/10 его биомассы. Примерно такое же соотношение существует между массой технического вещества техносферы и ее нетто-продукцией, т.е. производством всего того, что непосредственно потребляется людьми. Соответственно средние значения времени оборота живого вещества биосферы и технического вещества техносферы совпадают и приблизительно равны 10 годам. Если в биосфере годовой расход органического вещества (по углероду) соответствует его продукции, то в техносфере это совсем не так: сжигание ископаемых видов топлива намного превышает нетто-продукцию. Круговорот веществ в техносфере в высокой степени разомкнут.

Особый интерес представляет сопоставление энергетических и информационных потенциалов биосферы и техносферы. Энергоемкость продукции в биосфере составляет 15 МДж/кг, а в техносфере — 300 МДж/кг, т.е. в 20 раз больше. Сильно различается и водоемкость продукции: в биосфере — 50 л/кг, в техносфере — 3333 л/кг, т.е. в 65 раз больше.

Согласно имеющимся оценкам, запас генетической информации во всей биоте биосферы составляет около 1015 бит. Эта величина получена как произведение числа видов в биосфере (1·107) и среднего количества информации в геноме одного вида, которое можно считать совпадающим с информацией генома самой многочисленной группы видов — насекомых, имеющей порядок 108 бит. Внутривидовое генетическое разнообразие не увеличивает полученную оценку, поскольку включает в основном распадные изменения генома.

Запас генетической информации вила Homo sapiens, оцененный по числу пар нуклеотидов ДНК в его геноме, составляет 7·109 бит. Примерно таков же средний объем сигнальной информации в долговременной памяти одного взрослого человека — около 8·109 бит. Большая часть этой информации у подавляющего большинства одновременно живущих людей совпадает. Поэтому приведенную цифру неправильно было бы умножать на число людей. По некоторым оценкам, уникальные несовпадения могут иметь место лишь у 0,01% (6·105) людей. Отсюда суммарный запас сигнальной информации в долговременной памяти людей, совпадающий, по-видимому, с объемом культурной и технической информации цивилизации, составляет 8·109 ·6·105 = 5·1015 бит. (Объем словесной и графической информации, содержащейся в различных книгах всех библиотек Земли, составляет 1016 - 1017 бит.)

Книги и компьютеры практически не увеличивают этот запас (записанная в них информация не мертва только в том случае, если она содержится в памяти живущих людей), но многократно повышают доступность и оперативность его использования. Объемы памяти всей компьютерной техники способны вместить как культурную и техническую информацию цивилизации, так и генетическую информацию всей биоты.

Таким образом, по объемам памяти и запасам информации современная цивилизация не уступает естественной биоте. Однако жизнь характеризуется потоками информации и той работой, которая может быть выполнена за единицу времени живыми организмами при их взаимодействии с окружающей средой. Ведь поток информации сопряжен с потоком энергии на уровне простого численного коэффициента. По этим характеристикам между цивилизацией и биотой биосферы существует непреодолимая количественная пропасть.

Суммарная мощность информационных потоков в техносфере, человеческом сообществе, т.е. то, что мы называем интеллектуальной мощью цивилизации, с учетом современного уровня компьютеризации близка к 1016 бит/с и в принципе может быть доведена до 1020 бит/с. Но в биоте биосферы она несравненно больше! Ведь все энергозависимые процессы в живых клетках осуществляются информационными макромолекулами. Возникновение единичного информационного импульса в нейроне коры головного мозга человека и нейроне ганглия дождевого червя имеет совершенно одинаковый молекулярно-энергетический механизм. С биологической точки зрения ценность информации, которую человек извлекает из известного сайта в Интернете (назовем это условно «поиском полового партнера»), ничуть не больше ценности информации, передаваемой единичными молекулами полового феромона, благодаря которым самец ночной бабочки находит самку.

Оценка скорости переработки информации в биосфере может быть получена с помощью информационного эквивалента энергетики одиночной клетки. Каждая бактериальная или растительная клетка (они составляют большинство в биосфере) при энергетической мощности порядка 10-15 Вт перерабатывает около 106 бит/с. Так как биота биосферы содержит порядка 1030 живых клеток, общий поток перерабатываемой информации близок к 1036 бит/с. Это на 20 порядков больше суммарной величины информационных потоков в современной цивилизации со всей ее компьютерной техникой!

Огромное различие между биосферой и техносферой, но только в противоположном направлении, существует и по информационной скорости эволюции. В палеонтологических оценках среднего времени смены видового состава биоты биосферы приводится значение около 3 млн. лет. При этом происходит замена лишь 1% генетической информации. Напомним, что полный запас генетической информации в биосфере равен 1015 бит. Следовательно, полная ее смена в ходе эволюции происходит за время в сто раз большее, т.е. за 3·108 лет, или за 1016 с. В результате для информационной скорости биологической эволюции получаем: 1015 бит : 1016 с = 0,1 бит/с.

Информационная скорость технического прогресса в ХХ в. (эволюции техносферы), определяемая запасом научно-технической информации человечества (4·1015 бит) и средним временем смены технологий (10 лет, или 3·108 с), составляет около 107 бит/с. Это на 8 порядков больше скорости биологической эволюции!

Таким образом, из сопоставления количественных характеристик биосферы и техносферы следует, что:

  • человек контролирует и в той или иной степени использует незначительное число биологических видов биосферы; часть из них относится к техносфере, но биотизация техносферы ничтожна;
  • полные массы биоты биосферы, материала техносферы и скорости обновления их активного вещества по порядку величин совпадают;
  • масса биогенного вещества сокращается под влиянием человека, а масса техногенного вещества постоянно нарастает;
  • нетто-продукция техносферы почти на три порядка меньше нетто-продукции биосферы; продукционный коэффициент (отношение годовой продукции соответственно к биомассе или «техномассе») для биосферы равен 0,018, для техносферы — 0,0015;
  • отношение расхода органического вещества к продукции в биосфере в 47 раз меньше, чем в техносфере: соответственно 0,34 и 16;
  • годовые расходы энергии биосферы и техносферы различаются в 20 раз, но энергоемкость нетто-продукции техносферы в 20 раз больше, чем энергоемкость биосферной продукции;
  • расход воды в техносфере только в 6 раз меньше, чем в биосфере, но водоемкость продукции техносферы в 65 раз больше;
  • степень замкнутости круговорота веществ в техносфере на порядок меньше, чем в биосфере;
  • информационная скорость прогресса цивилизации в ХХ в. на восемь порядков больше скорости биологической эволюции в биосфере;
  • суммарная скорость переработки активной информации в биосфере на 20 порядков больше, чем скорость переработки информации цивилизации.

Живая природа планеты несравненно совершеннее и умнее человеческой цивилизации, она более гармонична, эффективна и экономична, она гораздо лучше сбалансирована, потоки ее веществ и энергии регулируются с чрезвычайно высокой точностью. Из-за огромной разницы в величине потоков переработки информации в биосфере и техносфере человеческое управление биосферой невозможно. А из-за огромной разницы скоростей развития живой природы и прогресса цивилизации невозможна их ко- эволюция (сопряженная, согласованная эволюция).

К этому следует добавить еще несколько положений.

1. Высокая устойчивость, точность биотической регуляции и замкнутость биотического круговорота, определяющие превосходство биосферы над техносферой, обеспечиваются без какого бы то ни было общего специального управляющего механизма, верховного регулятора, без «центральной администрации». Согласно закону больших чисел биосфера в целом сама по себе «анархически» авторегуляторна.

2. Биосфера существовала и может существовать без техносферы, но техносфера не может существовать без биосферы — ресурсов производства и условий жизни людей. Современная экономика на 25 % зависит от современных ресурсов биосферы и еще на 60 % от продуктов прошлых биосфер — ископаемых топлив и минералов. По первичным потребностям люди на 90 % зависят от ресурсов и средорегулирующей функции современной биосферы.

3. В ходе эволюции биосфера неоднократно изменялась по своей мощности, распространенности, видовому составу, ступенчато переходя из одного устойчивого состояния в другое. Однако современная биосфера может иметь только одно устойчивое состояние, совместимое с достигнутыми условиями существования людей. Нельзя рассчитывать на то, что человеческая цивилизация может выжить, переведя биосферу в другое устойчивое состояние, резко отличающееся от доисторического.

4. Скорость переработки информации — не единственный критерий для решения вопроса: «Кто умнее — человек или природа?». Можно привести множество примеров способности больших биосистем ставить эксперименты на своих членах, на себе, вести тщательный и очень придирчивый отбор, закреплять приспособления. Для всего этого нужен «внутренний диалог», работа «природного ума», всегда направленного на пользу популяции, вида, сообщества. В то же время поведение человека, людей, общества, особенно по отношению к природе, дает множество оснований для вопроса: «Разумно ли человечество?».


Лекция добавлена 22.05.2012 в 02:23:29