Последовательность биосферных фазовых переходов

Предлагаемая ниже шкала скорости эволюции основана на анализе последовательности фазовых переходов биосферы, связанных с преодолением эволюционных кризисов. Не существует точного и объективного метода для выделения такого рода событий, разные события устанавливаются с разной степенью достоверности, поэтому список фазовых переходов должен рассматриваться как эвристическая гипотеза и предложение для дальнейшего обсуждения. Для выделения событий, которые могут быть квалифицированы как биосферные революции, был использован ряд признаков таких событий, как следует из приведенной выше модели эволюции, а также оценки некоторых хорошо известных событий в качестве революционных по литературным данным, т. е. фактически в соответствии с мнением экспертов. События собственно истории биосферы были выбраны в соответствии с литературой по бактериальной и классической палеонтологии, события истории человечества соответствуют периодизации, предложенной И. М. Дьяконовым (1994) (восемь фазовых переходов Дьяконова) и С. П. Капицей (1996).

Последовательность биосферных революций приведена с нумерацией, начинающейся с нуля. Даты в списке представлены приблизительно, но высокая точность в последующем анализе и не требуется. Более того, в большинстве случаев фазовые переходы занимали более или менее длительные отрезки времени, не имеющие четкого начала и конца, поэтому надо ясно понимать, что представление фазового перехода точкой во времени — это модельное представление. Фазовые переходы будут охарактеризованы очень кратко, за исключением случаев, когда встречаются трудности в интерпретации.

• 0. Возникновение жизни — 4Ч10⁹ лет назад (Orgel 1998). Биосфера после ее появления была представлена безъядерными анаэробными одноклеточными организмами — прокариотами (а также, возможно, вирусами) и, вероятно, существовала в таком виде первые 2−2,5 млрд. лет без существенных потрясений. Важно, что фотосинтезирующие бактерии появились на самых ранних этапах эволюции, на чем настаивает, в частности, школа академика Г. А. Заварзина (2003). Хотя возраст достоверных признаков фотосинтеза — 2,7 млрд. лет (Федонкин 2003), вероятные остатки фотосинтезирующих бактерий датируются возрастом 3,4−3,5 млрд. лет (Сергеев, Герасименко, Заварзин 2002). Можно сказать, что на возникновение фотосинтеза почти не потребовалось эволюционного времени по сравнению со скоростью последующей эволюции биосферы. Появление фотосинтезирующих бактерий больше похоже на заполнение новой экологической ниши (например, связанной с понижением температуры поверхности планеты), чем на преодоление эндо-экзогенного кризиса, характерного для истинного фазового перехода. Не связывая с возникновением фотосинтеза отдельный фазовый переход ПС, подчеркнем, что вопрос о происхождении фотосинтеза сложен, и такое решение может быть оспорено. За-долго до окончания господства прокариот, по-видимому, около 2,5 млрд. лет назад или даже несколько раньше, возникли первые эукариоты и, возможно, даже примитивные многоклеточные организмы, но они не играли существенной роли в глобальных биохимических циклах вплоть до кислородного кризиса около 1,5 млрд. лет назад (Федонкин 2003). Эукариотная фауна на фоне прокариотной существовала в форме избыточного внутреннего разнооб-разия.
• 1. Неопротерозойская революция (кислородный кризис) — 1,5Ч10⁹ лет назад (Заварзин 2003; Федонкин 2003; Сергеев и др. 2002; Розанов 2003). Цианобактерии обогатили атмосферу кислородом, который был сильным ядом для анаэробных прокариот. Это породило эндо-экзогенный кризис — по-видимому, первый в истории Земли. Анаэробные прокариоты начали вымирать, и анаэробная прокариотная фауна сменилась эукариотной и примитивной многоклеточной. Признаки угнетения и вымирания первобытной анаэробной фауны отмечаются приблизительно от 2 до 1 млрд. лет назад, т. е. неопротерозойский переход занимает достаточно большой промежуток времени. 1,5 млрд. лет назад — приблизительно середина этого периода. Так как эукариоты возникли задолго до кислородного кризиса, в переходе, очевидно, был использован фактор избыточного разнообразия предыдущей фазы. Анаэробные прокариоты не исчезли, но их роль в большинстве экосистем существенно упала (аддитивность эволюции).
• 2. Кембрийский взрыв (начало палеозоя) — 570Ч10⁶ лет назад (Кэррол 1992). В течение кембрия (570−505 млн. лет назад) появляются практически все современные филогенетические стволы многоклеточных (включая позвоночных). Он завершается ордовикской радиацией (бурный рост количества родов приблизительно 510−450 млн. лет назад).

А. В. Марков (2001), выделяя наиболее крупные переходы биосферы фанерозоя на основе изучения морской биоты, выделяет начало ордовикской радиации в качестве отдельного события, напоминающего фазовый переход биосферы (наряду с кембрийским взрывом, началом мезозоя и кайнозоя). Однако канун ордовикской радиации не содержит явных признаков эволюционного кризиса (массовые вымирания) и поэтому не вполне вписывается в систему критериев фазового перехода, используемого в настоящей работе. Мы предполагаем, что кембрийский период несколько напоминает переходный период от прокариотной к эукариотной биосфере (2−1 млрд. лет назад) и весь может рассматриваться как затянувшийся фазовый переход. Ордовикская радиация знаменует окончание этого перехода. Очевидно, интерпретация этих событий не вполне однозначна. В течение палеозоя суша постепенно заселялась жизнью. Палеозойская эра заканчивается господством на суше земноводных, чрезвычайно разнообразных и часто гигантских и высокоспециализированных. За несколько десятков миллионов лет до окончания палеозоя возникают первые пресмыкающиеся (избыточное разнообразие), которые становятся системообразующим фактором следующей фазы развития биосферы. С выходом жизни на сушу не связывают преодоления кризисных явлений или ярко выраженных революций. Скорее, это напоминало экстенсивное заполнение новых экологических ниш, открывшихся в связи с образованием мощного озонового слоя, предохраняющего поверхность суши от ультрафиолета. Когда суша была полностью освоена и все соответствующие экологические ниши заполнены, произошел следующий эволюционный кризис.

• 3. Революция пресмыкающихся (начало мезозоя) — 235Ч10⁶ лет назад (Кэрролл 1993). Вымирают практически все виды палеозойских земноводных. На суше лидерами эволюции становятся рептилии, хотя и земноводные не исчезают полностью из экосистем. Уже в середине мезозоя появляются первые млекопитающие, но в экосистемах играют подчиненную роль (избыточное разнообразие).
• 4. Революция млекопитающих (начало кайнозоя) — 66Ч10⁶ лет назад (Там же). Вымирают динозавры. На суше лидерами эволюции становятся млекопитающие и птицы; пресмыкающиеся не исчезают, но уходят на второй план. То, что вымирание динозавров вызвано исключительно последствиями падения гигантского метеорита, вызывает серьезную критику, так как вымирание длилось 1−2 млн. лет, а пыль и сажа могли держаться в атмосфере максимум несколько месяцев. При этом длительных глобальных климатических изменений в этот период не отмечается. Более того, утверждается, что скорость вымирания пресмыкающихся была примерно постоянной на протяжении всего мезозоя. Конец же мезозоя отличается лишь тем, что перестали появляться новые виды динозавров, что и привело к их окончательному исчезновению. Это явный признак эволюционного кризиса, хотя точная природа его остается непонятной. Не исключено, что падение гигантского метеорита вполне могло изменить течение эволюционного кризиса и, в частности, окончательно нарушить равновесие биосферы, которая уже находилась в кризисном неустойчивом состоянии.

В статье А. В. Маркова (2001) показано, что Кембрийский взрыв, начало мезозоя и кайнозоя как четкие рубежи в эволюции биосферы прослеживаются не только по наземной, но и по морской фауне. Из четырех фазовых переходов эпохи фанерозоя (Кембрийский взрыв, ордовикская радиация, начало мезозоя, начало кайнозоя), упоминавшихся Марковым, в нашу схему переходов вошли все, за исключением ордовикской радиации.

• 5. Революция гоминоидов (начало неогена) — 24Ч10⁶ лет назад. Большой эволюционный взрыв гоминоидов (человекообразных обезьян). Между 22 и 17 млн. лет назад на Земле жили не менее 14 семейств гоминоидов, что составляет многие десятки видов — много больше, чем сейчас (Кэрролл 1993; Биган 2004). На территории Евразии вымирают многие отряды примитивных сумчатых млекопитающих, флора и фауна принимают практически современный вид.
• 6. Антропоген — (4−5)Ч10⁶ лет назад (Wood 1992). Семейство гоминидов отделяется от гоминоидов. Подобно началу неогена, начало антропогена сопровождалось всплеском разнообразия Homo.
• 7. Палеолитическая революция — (2,5−1,5)Ч10⁶ лет назад. Homo habilis, первые обработанные каменные орудия.
• 8. Шелль — 0,7Ч10⁶ лет назад. Огонь, топоровидные орудия с поперечным лезвием (кливеры). Homo erectus.
• 9. Ашель — 0,4Ч10⁶ лет назад. Стандартизованные симметричные каменные орудия. Основной представитель рода Homo — по-прежнему Homo erectus. На фоне ашельской культуры появляется неандерталец (Homo sapiens neandertalensis) и около 160 тыс. лет назад — Homo sapiens sapiens или очень близкий вид. Однако, по-видимому, ни тот ни другой не играют пока существенной роли в планетарной системе (избыточное разнообразие).

По поводу фазовых переходов 8 и 9 следует заметить, что их интерпретация и отнесение вызывают много вопросов. Эти две фазы выделяет отечественная археологическая традиция. Она, в частности, отражена в периодизации истории, использованной в статье С. П. Капицы (1996). Но существуют иные подходы. Например, в книге Р. Фоули (1990) фазовые переходы 8 и 9 объединены в один, связанный с переходом к доминированию культуры Homo erectus над Homo habilis. Такая точка зрения кажется вполне обоснованной, так как различие между культурами Шелль и Ашель не столь уж велико, но отличие их от олдувайской культуры огромно. Мы не видим решающих доводов, чтобы выбрать одну из возможностей, сделанный выбор дат достаточно произволен. Однако эта неопределенность не может качественно повлиять на сделанные нами конечные выводы.

• 10. Культурная революция неандертальцев (мустье) — (150−100) Ч Ч 10³ лет назад (Борисковский 1974). Лидером эволюции становится Homo sapiens neandertalensis. Каменные орудия тонкой обработки, захоронение мертвых (признаки примитивных религий).
• 11. Верхняя палеолитическая революция — 40Ч10³ лет назад (Там же). Homo sapiens sapiens вытесняет неандертальцев. Распространение «охотничьей автоматики» — копья, дротики, ловушки, в конце фазы — примитивные луки. Резкий скачок в технологии изготовления каменных и костяных орудий, микролиты, широкое распространение искусства и примитивных религий.
• 12. Неолитическая революция — (12−9)Ч10³ лет назад (Дьяконов 1994; Назаретян 2008). В конце верхнего палеолита развитие охотничьих технологий привело к истреблению популяций и целых видов животных, что подорвало пищевые ресурсы палеолитического общества и вызвало жестокий эволюционный кризис смешанной природы: одновременно эндо-экзогенный и техно-гуманитарный. Ответом на кризис был переход от присваивающего (охота, собирательство) к производящему (земледелие, скотоводство) хозяйству. Уже в неолите появляются предки городов, такие как Чатал-Хююк (6−7 тыс. до н. э.), Иерихон (7 тыс. до н. э.), однако на этом этапе они еще не являются существенным системообразующим фактором (избыточное разнообразие).
• 13. Городская революция (начало древнего мира) — 4000- 3000 лет до н. э. (Там же). Возникновение государств, письменности и первых правовых документов. В Евразии революция последовала за распространением бронзовых орудий, демографическим взрывом и резким обострением конкуренции за плодородные земли, сопровождавшимся чрезвычайным ростом кровопролития в межплеменных стычках. Значительная часть населения вынуждена была скрыться за стенами городов, что явилось реакцией на кризис техно-гуманитарного баланса. Таким образом, в Евразии, по крайней мере отчасти, революция городов была реакцией на кризис техно-гуманитарного баланса. Возможно, этот механизм не был универсальным. Городская революция (с некоторым запозданием) произошла и в Америке, но, видимо, ее механизмы были совсем другими. Например, города цивилизации майя в подавляющем большинстве случаев вовсе не были укрепленными пунктами и были даже лишены защитных сооружений, но являлись скорее центрами религиозного культа (Ральф 2005). Хотя революция городов — это универсальное явление, общие механизмы его остаются не вполне понятными.
• 14. Имперская древность, железный век, революция Осевого времени — 750 лет до н. э. (Ясперс 1991; Дьяконов 1994; Назаретян 2008). Возникновение технологии получения железа около 1000−900 года до н. э. привело к тому, что оружие стало намного более дешевым, легким и эффективным. Следствием этого явилась новая вспышка кровопролития. Ответом на кризис стало, во-первых, объединение мелких государств в более крупные образования — империи и, во-вторых, авторитарное мифологическое мышление начало вытесняться личностным, возникли представления о личности как суверенном носителе морального выбора. Это привело к почти одновременному появлению в разных местах Земли мыслителей и полководцев нового типа: Заратустра, иудейские пророки, Сократ, Будда, Конфуций и др. — и к культурному взрыву античности.
• 15. Гибель древнего мира, начало Средних веков — 500 год н. э. (Дьяконов 1994). Кризис и распад Западной Римской империи, распространение мировых тоталитарных религий (христианство, ислам), доминирование феодального способа производства. Демографический спад середины первого тысячелетия н. э. сменяется демографическим подъемом.
• 16. Начало Нового времени, первая промышленная революция — 1500 год н. э. (Там же). Преодоление затяжного сельскохозяйственного кризиса первой половины второго тысячелетия н. э. Возникновение мануфактурного производства, книгопечатание, культурная революция Нового времени, становление научного метода.
• 17. Вторая промышленная революция. Пар, электричество, механизированное производство — 1835 год (Там же). Распространение механизированного производства, начало глобализации в области информации (в 1831 году изобретен телеграф) и т. д.
• 18. Информационная революция, начало постиндустриальной эпохи — 1950 год (Там же). Основная часть населения ин-дустриальных стран занята в сфере обслуживания и в переработке информации, но не в материальном производстве. Распространение ЭВМ.
• 19. Кризис и распад мировой системы тоталитарной плановой экономики, информационная глобализация — 1991 год. Распад системы тоталитарной плановой экономики сопровождался резким снижением уровня глобального военного противостояния. На это же время приходится становление мировой сети Интернет, давшей решающий импульс информационной глобализации. 19-я революция пока не является общепризнанной, но уже имеются работы, в которых она рассматривается как фазовый переход планетарной системы (Эбелинг, Файстель 2005). По некоторым чисто формальным признакам она имеет тот же статус, что и предыдущие.