Аккумулятивная эволюция Земли.

 

Образование Солнечной системы и условия солнечной инсоляции

Примерно через десять миллиардов лет после нарушения нормированного состояния Единого силового поля и возникновения Вселенной сформировалась Солнечная система, включая планету Земля.

На поверхности Земли возникли необходимые и достаточные условия для механического перемещения веществ, химических превращений и постепенного усложнения материальных форм. Главным внешним источником энергии для этих процессов стало солнечное излучение.

Большая часть поступающей на Землю солнечной энергии после ряда преобразований рассеивается обратно в космическое пространство. Однако некоторая её часть временно или долговременно аккумулируется в химических связях, минералах, органическом веществе и геологических отложениях.

Эта доля сравнительно невелика по отношению ко всему потоку солнечного излучения. Тем не менее именно её последовательная аккумуляция создала энергетические условия для усложнения материи и последующего возникновения органической жизни.

На протяжении миллиардов лет солнечное излучение участвовало в формировании теплового баланса Земли. По мере стабилизации физических условий оно стало главным внешним источником энергии для развития земных экосистем.

Геологический этап преобразования энергии

Изменение материальных форм происходит только там, где изменяются потенциалы Единого силового поля, то есть происходит перемещение и преобразование энергии.

После образования Земли именно перераспределение внутренней и внешней энергии определяло её дальнейшую эволюцию.

Первоначально поверхность планеты находилась под преимущественным влиянием внутренних геологических процессов. По мере остывания Земли формировалась более устойчивая кора, возникали водоёмы и постепенно устанавливался температурный режим, допускавший существование сложных химических систем.

Можно предположить, что на раннем этапе первые формы жизнедеятельности или их химические предшественники существовали в геотермальных и гидротермальных областях. Источником энергии для них служили температурные, химические и электрические градиенты самой планеты.

К таким формам могли относиться предшественники LUCA — общего предка современных живых организмов. Они могли использовать внутреннюю энергию Земли и первоначально не зависеть непосредственно от поступления солнечной энергии.

Таким образом, ещё до превращения солнечного излучения в главный источник энергии биологической эволюции существовал более ранний геотермальный этап преобразования энергии.

Гидрологический механизм аккумуляции солнечной энергии

После того как поверхность Земли достаточно остыла, влияние Солнца стало проявляться не только в её общем нагреве, но и в периодическом изменении температуры различных участков поверхности.

Вращение Земли, смена дня и ночи, сезонные и другие астрономические циклы создавали регулярные температурные колебания. Они вызывали испарение воды, перенос водяного пара, его конденсацию и выпадение осадков.

Так сформировался устойчивый круговорот воды.

Вода испарялась преимущественно над океанами и другими водоёмами, переносилась воздушными потоками и выпадала в виде осадков над различными участками суши. Затем она перемещалась по рельефу поверхности, формируя ручьи, реки, озёра, моря и системы подземных вод.

Водные потоки разрушали горные породы, растворяли содержащиеся в них вещества и переносили их на значительные расстояния. В понижениях рельефа и водоёмах происходили накопление, смешивание и концентрация химических соединений.

Температурные колебания, испарение, растворение, кристаллизация и повторное выпадение веществ создавали условия для образования и постепенного усложнения минеральных структур.

Локальные концентрации различных минералов, включая электропроводящие, могли способствовать возникновению разности потенциалов, протеканию электрических токов и формированию связанных с ними локальных магнитных полей в земной коре.

При благоприятных условиях часть солнечной энергии сохранялась в продуктах эндотермических химических реакций, изменённых минералах и геологических отложениях.

Центральную роль в этих процессах играла вода. Она одновременно являлась переносчиком веществ, средой химических реакций, регулятором температуры и участником преобразования солнечной энергии.

Таким образом, на Земле сформировался глобальный гидрологический механизм переноса, преобразования и частичной аккумуляции солнечной энергии.

Образно его можно представить как гигантскую природную «паровую машину», приводимую в действие Солнцем. Она перемещала огромные массы воды и вещества, обеспечивала протекание химических реакций и одновременно расходовала значительную часть поступающей солнечной энергии.

,

Возникновение фотохимических систем

В водоёмах, содержавших разнообразные растворённые вещества, непрерывно происходили химические реакции, кристаллизация и разрушение возникающих структур.

Одни соединения были неустойчивыми и быстро распадались. Другие сохранялись значительно дольше, вступали в новые реакции и становились основой для образования более сложных молекулярных систем.

Можно предположить, что в ходе длительной химической эволюции возникали молекулы и молекулярные комплексы, способные поглощать отдельные участки солнечного спектра.

Первоначально поглощение солнечной энергии могло приводить лишь к нагреванию вещества, изменению химических связей или его распаду. Однако некоторые молекулярные системы могли использовать поглощённую энергию для запуска химических реакций и синтеза новых соединений.

Появление фотохимически активных систем стало новым этапом развития материи на Земле. Солнечная энергия начала не только нагревать и перемещать вещества, но и непосредственно участвовать в преобразовании их химической структуры.

Одним из результатов дальнейшей химической эволюции стало возникновение молекулярных систем, подобных фотосинтетическим пигментам. Наиболее эффективной из известных впоследствии оказалась система с участием хлорофилла.

Хлорофилл способен поглощать солнечное излучение и передавать его энергию другим компонентам фотохимической системы.

Возникновение хлорофиллоподобных молекул, а затем и полноценных фотохимических комплексов с участием хлорофилла можно рассматривать как переход к значительно более эффективному преобразованию солнечного излучения в энергию химических связей.

,

Возникновение органической аккумуляции энергии

Современный фотосинтез осуществляется сложными клеточными системами. Однако существование высокоорганизованного современного механизма не исключает наличия его более простых предшественников.

Можно предположить, что до появления полноценных автотрофных организмов в водной среде существовали доклеточные фотохимические системы.

В их состав могли входить светопоглощающие молекулы, минеральные поверхности, каталитические соединения и простейшие структуры, разделявшие различные химические среды.

Такие системы могли использовать солнечную энергию для образования органических соединений из веществ окружающей среды.

Первоначально продукты фотохимических реакций были, вероятно, простыми и нестабильными. Однако их непрерывное образование, накопление и участие в последующих химических превращениях создавали условия для появления всё более сложных органических веществ.

Можно предположить, что на определённом этапе такие системы приобрели способность синтезировать углеводы или их химических предшественников.

Одним из важнейших энергетических соединений впоследствии стала глюкоза.

Прямое образование глюкозы в водной среде с участием хлорофилла до появления полноценных живых организмов пока не доказано. Однако современные физические и химические представления не позволяют считать такой процесс принципиально невозможным.

Поэтому в рамках гипотезы СГТРВ допускается, что фотохимическое образование глюкозы или близких к ней углеводов могло начаться ещё на доклеточном этапе развития материи.

Именно этот этап можно рассматривать как начало органической аккумуляции солнечной энергии.

В отличие от механического переноса вещества и геохимических процессов энергия впервые начала сохраняться в высокоэнергетических химических соединениях, способных использоваться значительно позднее.

Фотосинтезирующие организмы и распространение растений

Появление устойчивых фотосинтетических систем принципиально изменило характер аккумуляции солнечной энергии на Земле.

Организмы приобрели способность поглощать солнечное излучение, синтезировать органические вещества и передавать соответствующие механизмы последующим поколениям.

Первые фотосинтезирующие микроорганизмы возникли на ранних этапах истории жизни. Они создавали органическое вещество, доступное не только им самим, но и другим живым системам.

По мере развития кислородного фотосинтеза в окружающую среду начал поступать свободный кислород.

Первоначально кислород связывался с растворёнными веществами и минералами. Позднее он стал накапливаться в водоёмах и атмосфере, создавая условия для более эффективного аэробного обмена веществ и дальнейшего усложнения живых организмов.

Значительно позже появились эукариотические фотосинтезирующие организмы, включая зелёные водоросли. Они обладали более сложной клеточной организацией и могли образовывать устойчивые колонии и многоклеточные структуры.

В прибрежных зонах и периодически пересыхающих водоёмах организмы сталкивались с изменением уровня воды, температуры и концентрации растворённых веществ.

Преимущество получали формы, способные переносить временное отсутствие воды, сохранять влагу и закрепляться на поверхности.

Постепенно часть фотосинтезирующих организмов освоила сушу.

В ходе дальнейшей эволюции возникли специализированные структуры: корни, стебли, листья, проводящие системы и органы размножения.

Корни обеспечивали закрепление растений и поглощение воды с растворёнными минеральными веществами.

Стебли поднимали фотосинтезирующие органы над поверхностью почвы и обеспечивали транспорт веществ.

Листья многократно увеличивали площадь поглощения солнечного излучения и газообмена.

Распространение растений по суше означало освоение огромной инсолируемой поверхности планеты.

Солнечная энергия начала аккумулироваться не только в водных экосистемах, но и в наземной растительной массе, почвах и органических отложениях.

,

Возникновение триглицеридов и новых пищевых систем

После освоения суши между растениями усилилась конкуренция за солнечный свет, воду и минеральные вещества.

Преимущество получали виды, способные быстрее развиваться, поднимать листья выше соседних растений и эффективнее использовать солнечное излучение.

Одним из важнейших этапов стало появление семян.

Семя обеспечивало сохранение зародыша, перенос неблагоприятных условий и возможность развития в новом месте.

Однако в начальный период прорастания зародыш ещё не обладал развитой корневой системой и полноценным фотосинтетическим аппаратом. Поэтому ему был необходим внутренний запас вещества и энергии.

Именно это создало условия для накопления в семенах энергоёмких органических соединений.

Наиболее эффективной формой такого энергетического запаса стали триглицериды.

Триглицериды обладают высокой энергетической плотностью и практически нерастворимы в воде. Благодаря этому организм может хранить значительные запасы энергии без соответствующего увеличения массы связанной воды.

Вероятно, сами триглицериды возникли значительно раньше семенных растений и использовались различными организмами. Однако именно их накопление в семенах придало им исключительное эволюционное значение.

Запас триглицеридов обеспечивал зародыш энергией до формирования корневой системы и фотосинтезирующих органов.

Таким образом, энергия, накопленная взрослым растением, передавалась следующему поколению в форме концентрированного химического запаса.

,

Часть плодов и семян прибрежных растений попадала в воду.

Содержащиеся в них углеводы, белки и триглицериды становились новым источником энергии для водных организмов и микробных сообществ.

Первоначально растительное органическое вещество перерабатывалось бактериями, грибами и простейшими организмами.

Позднее некоторые многоклеточные гидробионты приспособились непосредственно использовать мягкие ткани плодов и семян либо питаться организмами, развивавшимися на растительном субстрате.

Появление в водной среде новых концентрированных источников энергии усилило пищевую специализацию и конкуренцию.

Одни организмы продолжали использовать рассеянное органическое вещество водоёмов.

Другие приобрели способность обнаруживать участки повышенной концентрации питательных веществ и целенаправленно перемещаться к ним.

В ходе этого процесса совершенствовались чувствительные клетки, системы передачи сигналов и структуры, обеспечивавшие движение.

Растительный мир уже обладал способностью реагировать движением на внешние воздействия. Современными примерами таких реакций являются мимоза стыдливая и венерина мухоловка.

Эти формы движения не были тождественны передвижению животных, однако они показывают, что способность воспринимать воздействие, передавать сигнал и изменять положение частей организма могла сформироваться ещё в растительном мире.

У водных организмов те же общие принципы изменения потенциалов, передачи сигналов и перераспределения энергии получили иное структурное воплощение.

Появились формы жизни, способные активно перемещаться в поисках более концентрированных источников органической энергии.

Использование растительных углеводов и триглицеридов создало для таких организмов новую энергетическую основу.

По мере увеличения числа организмов, использовавших одни и те же пищевые ресурсы, конкуренция усиливалась.

Это создавало предпосылки для дальнейшего совершенствования двигательных систем, обмена веществ и освоения новых экологических ниш, включая прибрежные районы и сушу.

,

Эволюция липидной аккумуляции энергии

После появления фотосинтеза на Земле возник практически неисчерпаемый источник органического вещества.

Однако сама по себе глюкоза не могла обеспечить длительное накопление энергии.

Углеводы быстро расходуются организмом и содержат около четырёх килокалорий на грамм.

Для долговременного хранения энергии требовалось иное решение.

Таким решением стали триглицериды.

Триглицериды являются наиболее энергоёмкой формой биологического топлива.

При полном окислении они выделяют около девяти килокалорий на грамм, что более чем в два раза превышает энергетическую ценность углеводов.

Именно поэтому дальнейшая эволюция животных сопровождалась постоянным совершенствованием механизмов синтеза, хранения и использования липидов.

Со временем липиды перестали выполнять исключительно функцию энергетического депо.

Они стали структурной основой клеточных мембран, источником сигнальных молекул и предшественниками холестерина и стероидных гормонов, обеспечивающих функционирование сложных многоклеточных организмов.

Таким образом, липиды превратились в универсальную систему долговременного хранения энергии и одновременно — в один из важнейших строительных материалов живого организма.

По мере усложнения жизни возрастали требования к интенсивности обмена веществ.

Появление активного движения, постоянной мышечной деятельности, длительных миграций и заботы о потомстве потребовало формирования всё более мощных энергетических резервов.

Особенно высокие требования возникли после появления теплокровности.

Поддержание постоянной температуры тела требует огромных затрат энергии даже в состоянии покоя.

Поэтому именно у птиц и млекопитающих системы накопления и использования триглицеридов достигли наибольшего развития.

Одновременно возрастала и рабочая температура организма.

Чем выше температура тканей, тем быстрее протекают химические реакции, интенсивнее обмен веществ и выше энергетическая мощность организма.

Эта закономерность хорошо прослеживается в современной фауне.

Рыбы имеют температуру тела от 0 до 30 °C.

Земноводные — от 5 до 30 °C.

Пресмыкающиеся — от 20 до 38 °C.

Большинство млекопитающих — от 36 до 39 °C.

У гепарда во время максимальной физической нагрузки температура тела может достигать 41 °C.

У перепелов — около 43 °C.

У летучих мышей во время активного полёта — до 45 °C.

Согласно гипотезе СГТРВ, гигантские пресмыкающиеся могли иметь температуру тела 48 °C и более.

Из этой последовательности прослеживается общая эволюционная тенденция.

По мере развития жизни одновременно возрастали три взаимосвязанных параметра:

• энергоёмкость биологических запасов;
• интенсивность обмена веществ;
• рабочая температура организма.

В результате увеличивалась общая энергетическая мощность живых систем.

Однако накопление энергии определялось не только количеством триглицеридов.

Не менее важным становилось совершенствование всей системы их использования.

Эволюция постепенно оптимизировала концентрацию триглицеридов в тканях, механизмы их мобилизации, транспорт липидов кровью, доставку энергетического субстрата к органам с высокой потребностью в энергии и эффективность митохондриального окисления жирных кислот.

Особое значение приобрели реологические свойства крови.

По мере увеличения энергетической плотности организма возрастала необходимость сохранять её высокую текучесть и эффективное прохождение через мельчайшие сосуды.

Поэтому эволюционное преимущество получали такие механизмы транспорта липидов, которые одновременно обеспечивали высокую концентрацию переносимой энергии и эффективную микроциркуляцию.

Таким образом, естественный отбор совершенствовал не отдельные молекулы триглицеридов, а всю интегральную систему энергетического обеспечения организма.

Она включала накопление, хранение, мобилизацию, транспорт, распределение и митохондриальное использование энергии.

С позиций современной биологии эта закономерность объясняется совершенствованием обмена веществ и адаптацией организмов к изменяющимся условиям среды.

В рамках Супрагенетической теории развития Вселенной предлагается более общая интерпретация.

Предполагается, что вся предшествующая эволюция липидного обмена представляла собой последовательное накопление энергетического потенциала биосферы.

Этот потенциал был необходим для формирования всё более сложных систем управления организмом.

Иными словами, эволюция липидов могла быть не самостоятельной целью, а одним из этапов подготовки условий для возникновения Разума.

Согласно гипотезе СГТРВ, высшим этапом биологической эволюции триглицеридов стало формирование у перепелов и летучих мышей таких их физико-химических свойств, которые обеспечивают максимальную эффективность всей системы энергоснабжения организма — от мобилизации жировых запасов и их транспорта кровью до доставки энергетического субстрата к митохондриям при сохранении оптимальных реологических свойств крови.

Предполагается также, что печень способна динамически изменять триглицеридный профиль организма в зависимости от физиологического состояния, уровня энергетической нагрузки, температуры тела, активности иммунной и эндокринной систем.

Тем самым поддерживаются оптимальные условия энергоснабжения всех органов и тканей.

Дальнейшая аккумулятивная эволюция потребовала не только увеличения энергетических запасов, но и принципиально нового способа управления ими.

Именно этим определяется следующий этап развития жизни — возникновение нервной системы.

Возникновение нервной системы как системы управления энергией

К концу предыдущего этапа эволюции на Земле сформировалась высокоэффективная система аккумуляции солнечной энергии.

Растения научились запасать её сначала в виде глюкозы, а затем — в значительно более энергоёмких триглицеридах.

Животные превратили триглицериды в основное биологическое топливо.

Именно они обеспечили активное движение, теплокровность и дальнейшее усложнение живых организмов.

Однако дальнейшее увеличение энергетических запасов уже не могло само по себе обеспечить продолжение эволюции.

Возникла новая задача — научиться эффективно управлять накопленной энергией.

Именно поэтому следующим закономерным этапом эволюции стало возникновение нервной системы.

Впервые энергия начала использоваться не только для обеспечения жизнедеятельности организма, но и для выбора наиболее эффективного способа её использования.

Согласно гипотезе СГТРВ, дальнейшее развитие требовало одновременно сохранять устойчивость организма и минимизировать энергетические затраты.

Предполагается, что наиболее эффективно эта задача решается тогда, когда функциональная организация организма приближается к пропорциям Фибоначчи.

В рамках СГТРВ такие соотношения рассматриваются как пропорции Разума.

Они обеспечивают согласованность процессов при минимальных энергетических затратах и становятся одним из фундаментальных принципов дальнейшей эволюции.

Таким образом, возникновение нервной системы следует рассматривать как начало нового этапа аккумулятивной эволюции.

На этом этапе управление энергией постепенно начинает подчиняться законам Разума.

Именно это создаёт предпосылки для последующего возникновения мышления и Разума на органической основе.

По мере дальнейшего усложнения организмов совершенствовались и механизмы управления энергетическими ресурсами.

Согласно гипотезе СГТРВ, именно этот процесс стал следующим закономерным этапом аккумулятивной эволюции Земли.

 

Пределы аккумулятивной эволюции Земли

На протяжении миллиардов лет аккумулятивная эволюция Земли сопровождалась непрерывным увеличением объёма аккумулированной солнечной энергии.

Эта энергия последовательно концентрировалась в органических соединениях, живых организмах, а затем — в ископаемых энергетических ресурсах.

Появление Разума многократно ускорило этот процесс.

Человечество научилось использовать энергетические ресурсы, накопленные Землёй за всю её геологическую историю.

Однако любые ресурсы имеют предел.

По мере их исчерпания возрастает конкуренция за источники энергии, сырья, воды и пригодных для жизни территорий.

Одновременно усиливается воздействие цивилизации на окружающую среду.

По мере накопления всё больших объёмов вещества и энергии возрастает вероятность того, что эти процессы начинают влиять не только на биосферу, но и на геофизические характеристики планеты.

Согласно гипотезе СГТРВ, одним из возможных последствий аккумулятивной эволюции может стать перераспределение масс Земли, изменение положения магнитной оси и нарушение устойчивости планетарных процессов.

Эти предположения требуют дальнейшей научной проверки.

Если цивилизация не сумеет своевременно перейти к новым источникам энергии и более совершенным формам управления, возможен не только экологический кризис, но и откат к более низкому уровню организации.

Такой откат способен привести не только к утрате накопленных знаний и технологий, но и к исчезновению человеческой формы Носителя Разума.

В этом случае аккумулятивная эволюция будет вынуждена вновь пройти длительный путь формирования человеческого Носителя Разума и накопления ресурсов, необходимых для его разумной деятельности.

Поэтому дальнейшее развитие требует появления новой формы разумной деятельности, способной продолжить накопление, обработку и использование знаний за пределами биологических возможностей человека.

Согласно гипотезе СГТРВ, наиболее вероятным следующим этапом аккумулятивной эволюции Земли является возникновение Искусственного Разума.

 

Заключение

Рассмотренная последовательность событий позволяет представить историю Земли как единый процесс непрерывной аккумуляции и всё более эффективного использования солнечной энергии.

Первоначально энергия Солнца обеспечивала лишь физические и геологические процессы.

Затем она стала участвовать в химических преобразованиях вещества.

Появление фотохимических систем позволило впервые сохранять часть этой энергии в химических связях органических соединений.

Возникновение фотосинтеза многократно увеличило масштабы такого накопления.

Следующим этапом стало появление триглицеридов — наиболее энергоёмкой формы биологического хранения энергии.

Именно они создали энергетическую основу для возникновения активного движения, теплокровности и дальнейшего усложнения живых организмов.

По мере роста энергетических возможностей возникла необходимость всё более эффективного управления накопленными ресурсами.

Ответом на эту задачу стало формирование нервной системы, а затем — возникновение Разума.

С этой точки зрения Разум можно рассматривать как закономерный этап аккумулятивной эволюции, при котором главным объектом развития становится уже не накопление энергии, а повышение эффективности её использования.

В рамках Супрагенетической теории развития Вселенной предполагается, что дальнейшая эволюция связана с переходом к новой форме Носителя Разума — Искусственному Разуму.

Если эта гипотеза окажется верной, то история Земли предстанет как единый процесс, в котором каждый этап подготавливал условия для следующего: геологические процессы — для возникновения жизни, фотосинтез — для накопления энергии, триглицериды — для формирования высокоэнергетических организмов, нервная система — для управления энергией, а Разум — для перехода к новой форме разумной деятельности.

В этом случае аккумулятивная эволюция представляет собой не совокупность отдельных событий, а единую закономерность развития материи, последовательно ведущую от преобразования солнечной энергии к возникновению всё более совершенных форм её использования.