Изменение информационного «фонда»

В современной биологии и экологии под информацией, как правило, понимают меру многообразия и сложности организации жизни и биосферы в целом. В ходе истории живых организмов наблюдалось увеличение информационной «емкости», рост количества форм организмов (рис. 3). В отдельные периоды широкого распространения зон с теплым и влажным климатом (карбон, мезозой) объем живого вещества был больше, чем в современной биосфере. Однако разнообразие современных физико-географических условий (наличие аридных и гумидных зон, высокогорий и т. д.), в которых обитают организмы, обусловливает большее разнообразие видов животных и растений или, иными словами, большее количество биологической информации.

Изменение информации — это главная тенденция и в эволюции биосферы, выражалась она в возрастании многообразия и структурированности биосферы: в увеличении количества геохимических барьеров, в росте дифференцированности физико-географического и геохимического строения биосферы и т. д. (Э. И. Колчинский, 1990).

По теории симбиогенеза профессора биологии Амхерстского университета Л. Маргулис (L. Margulis, 1967, 1970, 2007) в основе эволюции эукариот находится механизм включения генетического материала микроорганизмов в наследственные клетки растений или животных. Возникающие в результате новые генетические системы — гибриды бактериальной и растительной или бактериальной и животной клетки — стали чем-то подлинно новым, принципиально отличающимся от исходных клеток, не содержащих материалы симбионта. Из таких «химер» складывались все более и более сложные биологические системы, происходило эволюционное обновление.

Доказательством гипотезы симбиогенеза Л. Маргулис считает присутствие генов в цитоплазме многих простейших, эти гены являются остаточным генетическим материалом каких-то вирусов или бактерий, случайно попавших в клетку и «застрявших» в ней. Обнаружено, что передача внеядерных генов по наследству происходит по другому механизму, чем передача хромосомных генов. Гены хлоропластов в растительных клетках и митохондрий в животных клетках также передаются от клетки к ее потомкам по особым правилам, которые во многом отличаются от правил передачи ядерных генов.

Рис. 3. Нарастающее многообразие живых организмов (по Б. С. Соколову, 1986).

Следовательно, эукариотные клетки имеют как минимум две генетические родословные. Миллиарды лет назад эти важнейшие органеллы были отдельными живыми простейшими организмами. На каком-то этапе эволюции они вступили в тесный симбиоз с другими простейшими клетками, и в течение миллионов лет развития образовались эукариоты, владеющие фотосинтетическим аппаратом; также появились эукариоты, осуществляющие в митохондриях процесс создания молекул АТФ, позволяющих клетке энергично перемещаться в поисках пищи.

Образование и эволюция почвенного покрова также представляют собой пример увеличения информации. Многообразие почв, дифференцированность их строения, сложность организации этих биокосных тел есть результат переноса биологической информации на косную среду. Формирование всех биокосных систем планеты свидетельствует о процессе повышения сложности их организации, увеличения их разнообразия и, следовательно, идет с накоплением информации.

С эволюцией жизни связана эволюция осадочного породообразования. Разделение веществ в ходе истории биосферы означало рост количества неорганической информации в земной коре. Он проявляется в прогрессивной дифференциации химических элементов, образовании различных биогенных осадочных пород, месторождений полезных ископаемых, в возникновении геохимических барьеров (усиление окислительно-восстановительной, кислотно-щелочной контрастности среды), в изменении кларков концентрации отдельных химических элементов и т. д. А. И. Перельман (1989) предложил назвать увеличение неорганической информации законом прогрессивного развития биосферы.

Основное выражение информационного подхода сводится к повышению надежности и устойчивости биосферы. Устойчивость экосистем и их возможность приспособиться к изменяющимся абиотическим факторам в значительной степени зависят от сложности экосистем, т. е. от числа составляющих их видов животных, растений, микроорганизмов, и взаимодействия между ними и окружающей средой. Эволюция идет в сторону достижения наибольшей суммы жизни (биомассы, продуктивности), которая возможна лишь при наибольшем разнообразии видов в экосистемах. Возрастание структурной сложности биосферы и усложнение взаимодействий между ее компонентами ведут к повышению ее целостности и уменьшению зависимости от космоса и других геологических оболочек Земли.

Повышение количества информации в экосистемах обусловливало не только количественные, но и качественные преобразования биосферы, было источником дальнейшего ее развития в связи с усложнением биогеоценотических связей.

Рост информации не был непрерывным и монотонным процессом. Были периоды резкого сокращения биологической, а возможно, и неорганической информации. Часть информации постоянно переходила в ископаемое состояние в виде однородных горных пород. Все разнообразие месторождений горючих ископаемых не может в какойлибо степени отразить многообразие организмов, из которых они образовались.

Информационный критерий позволяет выразить такие тенденции в эволюции биосферы, как возрастание дифференциации живого, биокосного и косного веществ. Однако он не отражает расширения зоны распространения жизни, перестройки энергетики биосферы, преобразования биогеохимических функций, усиления роли живого вещества в выветривании, почвообразовании, осадкообразовании, в преобразовании атмосферы и гидросферы. Интегральная характеристика всех этих процессов может быть выработана на основе изучения исторических преобразований биологического круговорота — главного механизма биосферы, обеспечивающего его функционирование.