12 марта 2024 исполнилось 161 год со дня рождения первого президента Академии наук Украины Владимира Вернадского. Свое главное научное наследие — теорию биогеохимии и ноосферы как ее наивысшего проявления — он создавал в первой половине XX века. С тех пор появилось немало научных теорий, которые наверняка бы заинтересовали этого выдающегося украинского ученого и философа.
Научное наследие Владимира Вернадского
Владимир Вернадский известен украинцам прежде всего как первый президент Национальной академии наук, и именно в его честь названа украинская антарктическая станция. Но самое главное — он был выдающимся ученым в области геохимии и кристаллографии.
Многие знают, что с именем Вернадского связаны понятия «оболочки жизни» — биосферы, и «оболочки разума» — ноосферы. При этом Владимир Иванович, хотя и сделал многое для популяризации первого термина, не является его автором.
Термин «ноосфера» Вернадский понимал в рамках созданного им учения о биогеохимии — науке о том, как химические процессы в биологических организмах определяют геологию и вид поверхности Земли.
Деятельность Владимира Вернадского пришлась на первую половину XX века, поэтому многих концепций, сейчас определяющих современный взгляд на область его научных интересов, еще не существовало. Тем интереснее посмотреть на идеи этого величайшего ученого глазами человека, знакомого с наукой XXI века.
Чем уникальна поверхность Земли
По образованию Владимир Вернадский был геологом, а по образу мысли философом. Поэтому свои размышления о научной картине мира он начал с ответа на вопрос, почему поверхность Земли по своему химическому составу и внешнему виду отличается от ее глубин.
Он высказал абсолютно правильную мысль, что за это ответственны два главных фактора — наличие притока энергии из космоса, преимущественно от Солнца, и биологическая жизнь и химические процессы, происходящие внутри организма.
Выдумал биосферу как совокупность живых организмов Жан Батист Ламарк в начале XIX века, а сделал частью геологии — Эдуард Зюсс в 1875 году. Авторство же термина «ноосфера» разделяют между собой Вернадский, Эдуар Ле Руа и Пьер Тейяр де Шарден. При этом каждый из них понимал этот термин несколько по-своему.
Поэтому Вернадский обращается к теме биосферы. Он понимает ее как оболочку Земли, лежащую в пределах литосферы, атмосферы и гидросферы, но сильно отличающуюся от остального их материала. Причиной этого является именно энергия Солнца, которую живые организмы, прежде всего зеленые растения, используют в химических реакциях синтеза сложных соединений углерода.
Правда, Владимир Иванович несколько преувеличил роль живых организмов в формировании рельефа. В частности, он явно недооценил фактор эрозии, то есть воздействие на горные породы воды и ветра. Ведь в большинстве своем за измельчение вулканических пород и формирование неорганической составляющей почв отвечают именно они.
Недооцененными оказались и тектонические процессы. Во времена Вернадского даже вопрос о том, являются ли недра Земли раскаленными и жидкими или холодными и твердыми, оставался нерешенным. Поэтому магматическим и метаморфическим горным породам в его трудах почти не уделено внимания.
Теория литосферных плит, являющаяся основой современной геологии, в первой половине XX века уже существовала как дрейф континентов Альфреда Вегенера. Но большинство ученых его не поддерживали, потому что не понимали механизм этого явления. Модель Земли, в которой отдельные крупные плиты плавают вязкой горячей астеносферой, и именно их столкновения формируют горные массивы, была доказана в 1940-1960-е годы, уже после смерти Вернадского. Поэтому в его трудах роль биосферы в формировании поверхности нашей планеты несколько преувеличена. Однако он был абсолютно прав относительно воздействия солнечного света и спускающегося из космоса вещества. Можно сказать, что ему одному из первых пришла в голову популярная ныне идея о том, что мы созданы из звездной пыли.
Биогеохимия
Главным своим достоянием сам Владимир Вернадский считал учение о биогеохимии. Он корректно указал, что практически единственным источником всего сложного комплекса органических веществ, который делает почву плодородной, являются реакции, происходящие только внутри живых организмов.
Идея ученого заключалась в том, что первопричиной всего этого процесса являются зеленые растения, которые покрывают практически всю поверхность Земли и превращают солнечную энергию в химическую. Они же осуществляют фотосинтез, обогащая биосферу кислородом. Именно последний Вернадский и видел основным фактором, ограничивающим количество живых существ на планете.
Однако, много размышляя о дыхании и фотосинтезе, Вернадский не мог точно описать эти процессы с химической точки зрения. Это сделали Ганс Кребс и Мелвин Кальвин, когда Владимир Иванович был уже пожилым человеком.
Не смог Вернадский объяснить и термодинамическую базу биохимических действий. Он склонялся к мнению, что приток энергии от Солнца в конечном счете приводит к равновесию в биосфере. Неравновесную термодинамику, являющуюся основой объяснения того, как существует и эволюционирует система живых организмов на Земле, создал Илья Пригожин только в 1940-е годы.
Эволюция и экология
Владимир Вернадский рассматривал все организмы на Земле как единственное живое вещество. Он сделал достаточно интересный и для современной науки вывод, что ее главная особенность по сравнению с неорганическими соединениями — способность неограниченно размножаться и приспосабливаться к внешним условиям. Из этого он пришел к выводу, что в конце концов он всегда заполняет все доступные места и, образно говоря, всегда побеждает.
При этом ученый писал свои работы несколько десятков лет, в течение которых в мировой науке происходило становление современных теорий о том, как меняется биосфера со временем. При этом менялись его собственные взгляды.
В самом факте того, что на Земле происходит биологическая эволюция, Вернадский не сомневался. Но он, похоже, так и не решил, какая из ее теорий верна:
- дарвинизм, основанный на естественном отборе и закреплении им мутаций;
- ламаркизм, согласно которому организмы производили приспособления в течение жизни и передавали его потомкам;
- катастрофизм, провозглашавший, что время от времени большинство живых существ погибает.
Возможно, это вызвано тем, что генетика, ставшая основой современной теории эволюции, в те времена переживала свое становление, поэтому биохимическая основа ее была не до конца понятна. По крайней мере, название этой науки в своих трудах Вернадский не упоминает.
Также возможно причина в уже упомянутом отсутствии знакомства с диссипативными системами и неравновесной термодинамикой, а также в непонимании биосферы как системы, то есть совокупности компонентов, связанных функциональными связями. Представление об этом тоже начало формироваться в годы его жизни.
Владимир Вернадский в целом пришел к многим правильным выводам, несмотря на то, что конкретных механизмов функционирования биологических систем не представлял. Поэтому его биосфера полна равновесия и единства. И это очень отличается от знакомого его современным последователям термодинамического хаоса, который порождает вечную угрозу катастрофы, но одновременно влечет за собой развитие.
Абиогенез
Отдельно следует сказать о взглядах Вернадского на происхождение жизни на Земле. Он отчетливо различал живую и неодушевленную материю. Поэтому вопрос, как из второй образовалась первая, его очень сильно волновал.
Логика и уже известные тогда палеонтологические факты подсказывали ему, что архейской эпохе, когда вся жизнь была одноклеточной, должен был предшествовать время чего-то проще и мельче. Это переходное звено между живым и неодушевленным он описывает как «живые существа размером с молекулу».
Что это такое, Вернадский и не подозревал, а попытки его современников воссоздать жизнь «в колбе» заставили предположить, что это скорее невозможно. Однако он обратил внимание на вирусы, точно не являвшиеся клетками, а их природу никто не понимал, но в то же время они демонстрировали ряд признаков такой любимой ему живой материи.
Ученый пришел к выводу, что они очень похожи на белки. Что такое белки, тогда тоже никто толком не понимал — якобы имеют структуру, но при этом точно не кристаллы. Представление о полимерах как о цепочках мономеров появилось в науке одновременно с работами Вернадского. Но несмотря на то, что их широко использовали в промышленности, природа оставалась дискуссионной долгие годы. Нобелевскую премию за свою революционную работу в этой области Герман Штаудингер получил только в 1953 году, когда Владимир Иванович уже ушел в вечность.
Вернадский правильно догадался, что белки являются ключом к существованию живой клетки и что вирус — это белок плюс что-то еще, и именно это «что-то» наделяет его свойствами живого организма. Им оказались рибонуклеиновые кислоты, или РНК, которые, в отличие от родственных им ДНК, могут не только переносить информацию, но и выполнять работу по синтезу белков.
Понимание структуры биологических полимеров и их функций в клетке пришло только в середине XX века, так что Вернадский об этом так и не узнал. А в 1980-1990-х годах появилась теория РНК-мира, предшествовавшего эпохе одноклеточных. Именно его ученые сейчас рассматривают как воплощение идеи о «живом существе размером с молекулу», что является переходным звеном между живым и неодушевленным.
Теория панспермии
Невозможность построить биохимически правдивую теорию абиогенеза побудила Вернадского искать способ обойти вопрос превращения неодушевленного в живое. Он нашел его, допустив, что элементарные единицы живого вещества когда-то залетели к нам из космоса. В конце концов, свет, необходимый для жизни, приходит именно оттуда — почему бы и ему самому не существовать среди звезд?
Так, Владимир Вернадский стал одним из основателей того, что сейчас называется теорией панспермии. Ее многочисленные варианты заключаются в том, что жизнь могла зародиться где-нибудь в другом месте, а затем преодолеть космическое пространство и попасть к нам.
Отношение современной науки к теории панспермии достаточно сложно. С одной стороны, мейнстримной остается теория местного абиогенеза. С другой стороны, ученые открывают в космосе все более сложные органические соединения.
Ученые далеко зашли в строительстве моста через пропасть между живым и неживым, так волновавшую Вернадского. И каждую часть этого моста — нуклеиновые кислоты, РНК, органические олигомеры — можно рассматривать как «зерна жизни», которые когда-то могли зародиться в космосе, а затем попасть на Землю и «прорасти».
Современная наука стремительно приближается к разгадке вопроса, откуда взялась жизнь на Земле, хотя до сих пор не понимает, какой из многочисленных близких вариантов его появления окажется в конечном счете верным. Ясно только, что связь биохимии с неодушевленной природой, над которой всю жизнь работал Вернадский, действительно является ключом к пониманию этого процесса.
Человек и ноосфера
Владимир Вернадский был одним из первых ученых, отметивших, что коэффициент энцефализации живых существ в процессе эволюции растет. Иными словами, мозг становится все больше и больше относительно общей массы тела.
Вопрос, почему так происходит, дискуссион и для современной науки. Теорий, объясняющих это, существует немало, но факт того, что мозгов у живых существ со временем увеличивается, никто не отрицает. Поэтому появление человека разумного как результат эволюции Вернадский считал вполне закономерным. В этой связи он обратил внимание на такой продукт деятельности человеческого мозга, как культура. Он одним из первых заметил, что его зародыши присутствуют и в биологическом мире. Но действительно значимой силой деятельность человеческого мозга стала с появлением цивилизации. При этом культуру ученый понимал в широком смысле как совокупность практических методов, память о которых передается между людьми с помощью языка.
Вернадский был одним из первых ученых, заметивших, что именно человек является главным фактором биохимических изменений на планете: он превращает почвы, влияет на численность биологических видов, изменяет состав воздуха. Поэтому современный этап развития биосферы следует назвать «антропогеном».
Именно на этой основе Владимир Вернадский и обращается к термину «ноосфера». «Сферу разума» он понимает прежде всего как развитую форму ноосферы, и считает, что ее сущность — в дополнении тех уникальных биологических реакций, которые обеспечивают живые организмы изменениями, порожденными культурной деятельностью человека.
Владимир Иванович жил во времена, когда человек только начал осознавать, что его возможности сравнимы с тем, что может создать природа. Поэтому для него главной была своеобразная «победа» над ней. О том, что недостаточное понимание ноосферой биосферы в первую очередь вредит ей самой, он не слишком задумывался.
Вернадский уже понимал важность сохранения следующих поколений биологических видов, которые человек может уничтожить. И ему было совершенно очевидно, что не все выбросы предприятий в окружающую среду полезны для биосферы. Но он все же считал, что деятельность человека полезна не только ему самому, но и жизни на нашей планете.
Это совсем не удивительно, ведь большинство проблем, которые в наше время принято называть «экологическими», учёные осознали уже после Вернадского. Поэтому для него даже атомная энергетика, в возможности и перспективности которой он не сомневался уже в 30-е годы, была не страшной угрозой, а новым источником энергии.
В конце концов, по этому поводу он не сильно ошибался. Ведь с точки зрения биогеохимии ископаемое топливо, которым люди пользуются до сих пор — ничто иное, как законсервированная живыми организмами энергия Солнца. Именно уран и плутоний дают «ноосфере» новый ее источник.
В целом идеи первого президента Академии наук Украины сейчас выглядят очень контроверсионно. Мы привыкли к мнению, что биохимическое влияние человека на окружающую среду – это обязательно что-то негативное. И лучшее, что может произойти, — это его прекращение вместе с человеческой цивилизацией. Однако Вернадский верил в силу человеческого разума. В его способность постичь все, что есть на Земле, и осуществить изменения, которые сделают мир лучше. Возможно, этого мнения нам не хватает в современной научной картине мира.
Что такое наука?
Работая над понятием ноосферы, Владимир Вернадский не раз обращается к сущности науки. Он четко отличает ее от философии, хотя и говорит, что между ними не должно быть непреодолимых барьеров. Также он не видит необходимости противопоставлять науку и религию или пытаться заменить вторую первой.
Что касается научного метода, который, собственно, и порождает ноосферу как новую форму биосферы, ученый имел достаточно своеобразные убеждения. Современный взгляд на эту проблему, которая ставит в центр внимания «принцип фальсификации», то есть возможности опровергнуть теорию экспериментом, тогда еще не успел воцариться в научных кругах. Карл Поппер сформулировал его уже после второй мировой войны. Но во времена Вернадского были широко известны труды предшественников этого философа, которые в XIX веке сформулировали позитивистскую школу.
Владимир Вернадский полностью признавал важность проверки научных гипотез, но все же считал, что эмпиризм, то есть построение знания на непосредственном наблюдении, которое было и является краеугольным камнем всего позитивизма, наносит науке больше вреда, чем добра. По его мнению, она обязательно должна содержать обобщение без доказательства как одного из методов. Такой подход в современной науке может показаться еретическим и граничащим с псевдонаукой. Но, наконец, Первый закон термодинамики и постулаты Бора были сформулированы именно таким путем, и их экспериментальное подтверждение пришло значительно позже признания в научном сообществе.
Кроме того, Вернадский пишет, что наука много идей берет из философии, религии и искусства. По его мнению, многое также зависит от опыта, когда ученый годами осмысливает одну и ту же идею.
В конце концов, даже предположение Вернадского о том, что научные идеи сменяют друг друга, и процесс этот зависит от массы факторов, очень далеких от экспериментов, нашли поддержку именно у постпозитивистов. Имре Лакатос и Пол Фоерабенд, работавшие над этой проблемой после Поппера, пришли к очень похожим выводам.
Владимиру Вернадскому пришлось жить во время двух мировых войн. Он непосредственно находился в эпицентре событий, следствием которых появление и упадок Украинской Народной Республики. Именно поэтому, обсуждая полезность ноосферы для Земли, ученый особое внимание уделял войне как способу людей уничтожить самих себя.
Но впоследствии пришел к выводу, что все войны на планете не способны остановить рост человечества и его знаний. Какими бы разрушительными они ни были, какие бы последствия человеческой глупости ни приходилось преодолевать, человеческий разум может постичь их все и найти способ преодолеть препятствия.
Возможно, именно этот личный опыт и есть главное наследие Вернадского, которое нам стоит осмыслить сегодня — несмотря на то, что и этот вывод, вероятнее всего, он сделал исходя из не очень точных представлений.
