Так изменялся энергетический обмен живых организмов в ходе биологической эволюции и на начальной стадии человеческой цивилизации.

Изменение величины коэффициента энцефализации у животных в процессе биологической эволюции: 1 - рыбы, 2 - земноводные, 3 - рептилии, 4 - млекопитающие, 5 - птицы, A - целурозавры, B - дельфины, C - вороны, D - попугаи, E - человек.

Представители класса рептилий - ископаемые целурозавры - в процессе эволюции могли бы, возможно, сформировать головной мозг, не уступающий человеческому. И если бы они не вымерли 70 миллионов лет назад, на Земле сейчас была бы совсем другая цивилизация.

Чтобы ответить на поставленные вопросы, следует прежде всего рассмотреть ход биологической эволюции. Наличие эволюционного прогресса в живой природе не вызывает сомнений: палеонтологические данные свидетельствуют, что жизнь развивалась от простых форм к все более сложным и совершенным. Значительно труднее решить вопрос: что лежит в основе этого прогресса и как его количественно оценить?

Одна из таких оценок была дана в 20-30-х годах крупнейшим русским биологом академиком А. Н. Северцовым. Из этих оценок уже в наше время родилась теория, согласно которой в ходе прогрессивной эволюции происходит усиление энергетического обмена животных, измеряемого по скорости потребления кислорода. Исследования показали, что удельный (на килограмм массы) кислородный обмен в процессе эволюции от простейших до млекопитающих и птиц возрастает в сотни раз.

Энергетическая мера эволюционного процесса

Это позволяет количественно оценивать его скорость в реальных величинах - ваттах за миллион лет. Разумеется, узнать, каков был энергетический обмен у животных, вымерших сотни миллионов лет назад, невозможно. Поэтому мы поступили иначе: данные о ныне живущих организмах разных видов пересчитали на момент зарождения этих видов в соответствующую геологическую эпоху. Получилось, что в кембрии (570-500 миллионов лет назад) скорость эволюции составляла приблизительно 0,005 милливатта на грамм массы за миллион лет, в ордовике (500-440 млн. лет) - 0,011, в девоне (410-350 млн. лет) - 0,014, в карбоне (350-270 млн. лет)- 0,024, в триасе (230-195 млн. лет) - 0,076, в юрском периоде (195-135 млн. лет) - 0,099, в меловом (110-70 млн. лет) - 0,192 и в плейстоцене (7-2 млн. лет назад) - 0,269 мВт/г·миллион лет. Хотя значения энергии определены недостаточно точно, они показывают, что биоэнергетический прогресс шел с нарастающей скоростью. Усиление энергетического обмена было чрезвычайно полезным для выживания животных в их борьбе за существование.

Биологическая эволюция и возникновение цивилизации

Возможно ли было дальнейшее усиление энергетического обмена животных, или эволюция достигла своего предела в классе птиц и прекратилась? Это вопрос далеко не праздный: температура тела млекопитающих равна 36-38°С, а птиц - 40-41°С. Дальнейшее усиление энергетического обмена и сопутствующее ему повышение температуры тела невозможно - это привело бы к свертыванию (денатурации) ряда белков и гибели организма. Существует "тепловой барьер", перешагнуть который простым повышением уровня кислородного обмена невозможно. Природа, однако, нашла другой путь - возникновение цивилизации, появление сознания.

Человечество научилось использовать не только энергию, заключенную в пище, но и энергию горючих материалов, рек, ветра и Солнца, а в последние десятилетия и атомную энергию. Расчеты показали, что первобытный человек получал с пищей и расходовал не более 2000 килокалорий за сутки, с началом использования огня потребление энергии увеличилось до 5000 Ккал/сутки, а сейчас в развитых странах оно превышает 200 000 Ккал/сутки.

Появление человеческой цивилизации оказалось необходимым шагом эволюции, так как позволило, преодолев "тепловой барьер", наращивать потребление энергии живыми системами. Так что возникновение цивилизации - неизбежный результат прогресса, и, если бы не появился человек, на его месте, возможно, оказался бы другой вид. Об этом заставляют думать и данные о возрастании объема мозга в разных классах и типах животных.

Изменение размеров мозга в процессе эволюции

В сравнительных исследованиях используют так называемый коэффициент энцефализации - удельную массу мозга животного в расчете на один грамм массы его тела. Расчет, по палеонтологическим данным, показал, что в процессе эволюции млекопитающих средняя величина этого коэффициента в эоцене была равна 0,026, в плейстоцене - 0,055, а у современных видов составляет 0,115.

Коэффициент энцефализации в разных классах позвоночных животных и в отдельных его отрядах сильно различается. В классе млекопитающих, например, представители отряда насекомоядных имеют наименьший коэффициент энцефализации, представители отрядов приматов и китообразных - наибольший (у дельфинов - 0,54). В классе птиц наименьший коэффициент энцефализации имеют страусы и куриные, наибольший - попугаи (0,34), врановые (0,33) и совы. Но особенно этот коэффициент велик, конечно, у человека - 0,77. Человек сильно обогнал другие виды и практически полностью перекрыл возможности для появления на Земле иных цивилизаций. Но все могло быть и по-другому, так как, видимо, первыми среди позвоночных на путь увеличения массы мозга встали представители класса рептилий - динозавры, по не совсем ясным причинам вымершие около 70 миллионов лет тому назад. Коэффициент энцефализации небольших (массой 70 - 80 кг) хищных динозавров из инфраотряда целурозавров близок к показателям для современных млекопитающих и равен приблизительно 0,126. Не исключено, что эта группа динозавров могла бы еще миллионы лет тому назад сформировать мозг, сопоставимый с человеческим, и, кто знает, сегодня на Земле существовала бы совсем иная цивилизация.

Таким образом, процесс возникновения цивилизации пошел задолго до появления человека и продолжается до настоящего времени. Исчезновение человечества (по собственной глупости или по иной причине) не остановит его, пока на Земле сохраняются живые организмы и продолжается биологическая эволюция.

Развитие человечества сопровождается постоянным ростом уровня жизни, который требует все больше энергии. По расчетам известного российского астрофизика И. С. Шкловского, количество производимой энергии за последние 200 лет удваивалось каждые 20 лет и в 80-х годах составляло примерно 610¹² Вт. При таких темпах через 200 лет оно дойдет до 310¹⁵ Вт, а это уже один процент поступающей на Землю энергии Солнца. Дальнейшее увеличение производства энергии приведет к заметному нагреву планеты и, вполне вероятно, к таким изменениям климата, что жизнь на Земле станет невозможной. Преодолеть этот "тепловой барьер" можно, видимо, только выведя в космическое пространство энергоемкие производства.

Задача эта трудная, в настоящее время нереальная, но сегодня появилась надежда решить ее уже в обозримом будущем. В начале марта этого года Национальное управление по аэронавтике США (НАСА) сообщило, что запущенный 6 января 1997 года на окололунную орбиту робот-разведчик "Проспектор" обнаружил на Луне воду. Она хранится в виде льда, количество которого по разным оценкам составляет от 10 миллионов до 100 миллиардов тонн. Его достаточно, чтобы на целое столетие обеспечить водой несколько тысяч человек. Эксперты НАСА считают, что первое совершенно автономное внеземное поселение на Луне может быть построено уже в 2013 году. Очень может быть, что именно такие внеземные города станут индустриальными центрами нашей земной цивилизации.

В основе биологического прогресса и развития человечества лежат глубокие термодинамические закономерности. Следует их понять и по возможности использовать. Не следует обольщаться надеждой, что все как-нибудь обойдется - законы природы неумолимы.

№6, 1998