ЗАКОН БИОГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРИЛОЖЕНИИ К СТЕПЕВЕДЕНИЮ

PRINCIPLE BIOGEOTECHNOLOGY MODELING FOR APPLICATION IN STEPPE SCIENCE

В.Ю. Душков

V.Yu. Dushkov 

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4) 

Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences (Russia, 119991, Moscow, Kosygin Str., 4)

e-mail: vdushkov@yandex.ru

Анализируются процессы эволюции. Выявляются базовый подход и принципы фундаментального участия человека (человечества) в эволюции биосферы.

Evolution processes are analyzed. Basic approach and principles of fundamental human involvement in the evolution of the biosphere are identified. 

Обобщение 60-летних исследований выполненных на Джаныбекском стационаре с использованием фундаментальных наработок в области эволюционной физики [7], химии [12], биологии [1-3, 6, 8] и биогеоценологии [9-11] позволило нам сформировать новое научное направление – биогеотехнологию. Дословно, от греч. bio-geo-techno-logy - наука о жизни на земле с мастерством, искусством [4].

Как наука, биогеотехнология (БГТ) направлена на разработку принципов осознанного, взаимоотношения человека с эволюционирующим фитоценотическим (биогеоценотическим) покровом Земли в целях стабилизации гомеостаза биосферы с параллельным получением максимума экологически чистых полезностей: пищевых, энергетических, материальных, социальных.

Биогеотехнология – это конкретная наука, реализующая положение В.Н. Сукачева о грамотном преобразовании биосферы (фитогеосферы Земли) в интересах человечества. Она является второй самостоятельной частью биогеоценологии. В основу этой науки мы положили «Закон биогеотехнологического моделирования» [4], который переводит «стихийную» (В.И. Вернадский) деятельность человечества в русло природного сотворца – эволюциониста, грамотно участвующего в фундаментальных процессах эволюции – самоорганизации и упорядочения живого, и неживого вещества.

Принципы осознанного участия в эволюции

По Э.М. Галимову: «Эволюция жизни сопровождается созданием, накоплением и передачей информации» Фундаментальный принцип её передачи – генетический, с использованием носителя – ДНК, отсюда: «эволюция жизни есть эволюция информационной молекулы» [2, с. 14]. Согласно А. Лима-де-Фария [6] эволюция базируется на канализированном физическими и химическими законами, упорядочении живого и неживого вещества, реализуемого в процессе самоорганизации обуславливающий глобальный процесс автоэволюции. Мощность самоорганизации и упорядочения оказались настолько значимыми и фундаментальными, что в процессе эволюции они привели к созданию на Земле разума. Разум стал способствовать дальнейшему накапливанию и передачи информации.

Известно, что животные передают информацию методом обучения – наглядной демонстрации, разными звуками и метками. Человек освоил передачу информации с помощью речи и письменности, с расширением этих возможностей через: печать, радио, телевидение, Интернет, с применением селекции и генной инженерии – непосредственного внедрения в ДНК.

В целом, человеческий разум привел к возникновению нового канала эволюции. Информация стала «накапливаться и передаваться по наследству небиологическим путем. Возник способ эволюции, параллельный биологическому», который оказался «более эффективным, чем выработанный эволюцией путь генетического наследования» [2, с. 14 и 205].

Принято считать «что труд создал человека», сейчас полагают, что важнейшее свойство человека проявляется в способности воображать и в дальнейшем преобразовывать эти воображения в реальную жизнь [2]. Это свойство ведет человечество к прогрессу и одновременно к созданию искусственного мира. От этого свойства человечество никогда не сможет отказаться (освободится), т.к. в этом свойстве проявляется суть человека, суть эволюционного развития человечества. В этой связи у человечества назрела крайняя необходимость грамотного, осознанного участия в процессах эволюции.

На основе личных 42-летних экспериментов и теоретических обобщений эволюционных идей физиков, химиков и биологов, прежде всего И.Р. Пригожина [7], В.Н. Сукачёва [10], Н.В. Тимофеева-Ресовского [11], А. Лима-де-Фария [6] и Э.М. Галимова [2, 3] мы установили, что фундаментальное участие человека (человечества) в эволюции биосферы должно базироваться на натурном моделировании, реализуемом на следующих принципах: (1) «вливании информации» накопленной человеком в виде знаний и живым веществом в процессе эволюции (в ДНК); (2) коэволюционного, пространственно-временного, комбинационного упорядочения материи; (3) запуска и поддержания самоорганизационных процессов посредством использования коммуникационных (коэволюционных) связей определяющих самосборку биосистем. Натурная реализация этих принципов должна способствовать стабилизации гомеостаза биосферы, поддержанию устойчивой (упорядоченной) жизни человечества на Земле и эволюции разума [4].

Закон БГТ моделирования и основные правила его реализации в натуре.

Исходя из вскрытых нами принципов фундаментального участия человека в эволюции, нового определения понятия биогеоценоз, и экспериментально доказанного явления – ускоренного натурного моделирования прогрессивных биогеоценозов [4], мы сформулировали закон и правила взаимоотношения человека (человечества) с биосистемами.

В общей формулировке, в приложении к эволюции живого и неживого вещества «Закон биогеотехнологического моделирования» гласит: Эволюция разума, и устойчивость жизни на Земле определены осознанным вкладом информации, энергии и работы человечества на запуск и поддержание прогрессивных, базовых процессов эволюции – самоорганизации и упорядочения, с выходом в процессе натурного моделирования, на коэволюционные, аттракторные[1] (гомеостазированные), по возможности итеративные[2] (самовоспроизводимые) формы материи.

Для осознанного, опосредованного участия в эволюции – в коэволюционном пространственно-временном упорядочении форм материи, человек должен организовать, или выбрать в натуре требуемые для этого условия. Грамотно подобрать базовую форму материи (вид эдификатор, стволовую клетку), запустить и поддерживать необходимые процессы самоорганизации. Живое вещество, в этом случае, по своему природному предназначению само реализует необходимые эволюционные процессы. Разумно используя «силы природы» – вековую информацию живого (и неживого) вещества, человек сможет достигнуть высокого уровня совершенства. Он сможет выступать в роли природного сотворца – эволюциониста и по мере подключения к этому процессу значимой части человечества вступит в фазу ноосферного строительства. Из вскрытых нами необычайно значимых явлений следует, что биогеотехнология должна явиться фундаментальной основой для последующего формирования биогеотехнологического лесоведения, – почвоведения, – степеведения, – агролесомелиорации, – ландшафтоведения (БГТ медицины, социологии) и т.д. Формирование этих направлений переведет взаимоотношение человека с природой на биосфероподдерживающий – биогеотехнологический уровень, который позволит осознанно использовать силы природы, в целях реализации базовых задач человечества: стабилизации гомеостаза биосферы, поддержания устойчивой – упорядоченной жизни человечества на Земле и эволюции разума [4].

В приложении к биогеоценотическому покрову Земли закон сформулирован так: Фундаментальное взаимоотношение человечества с природой – биосферой, можно реализовать только посредством целенаправленного вклада человеком информации, работы и энергии на подбор видов эдификаторов – организаторов биогеоценозов, запуск и формирование самоорганизующихся (сукцессионных) процессов, определяющих ускоренное натурное моделирование прогрессивных биогеоценозов, комплексов и ландшафтов, стабилизирующих гомеостаз биосферы посредством устойчивого упорядочения углерода и биоразнообразия, усиления круговоротов вещества и энергии, с параллельным получением для человека (человечества) максимума экологически чистых полезностей.

Правила (принципы) реализации закона:

1. Подбор видов эдификаторов (организаторов) биогеоценозов осуществляется посредством подбора высоко адаптивных, эволюционно более совершенных и хозяйственно ценных видов (жизненных форм), на основе изучения устройства ближайших природных биогеоценозов в лучших местах обитания, использования накопленного экспериментального опыта и предложенной нами классификации искусственных биогеоценозов [4].
2. Формирование структуры, прогрессивных биогеоценозов комплексов и ландшафтов осуществляется на принципах рационального перераспределения и использования имеющихся природных ресурсов на основе поэтапной оптимизации лимитирующих факторов среды.
3. Ускоренное формирование прогрессивных сукцессий проводится по мере усложнения – самосборки биогеоценозов (мелиорации почв, смыкания крон, появления подстилки, подлеска, формирования микробного, животного мира и т.д.) методами дополнительной интродукции, биотехнии, селекции значимых видов и т. д.
4. Устойчивое упорядочение углерода подразумевает всеобщее коэволюционное, пространственно-временное, комбинационное упорядочение структур моделируемых биогеоценозов, комплек­сов, ландшафтов, биосферы. Начиная с ДНК, в первую очередь ви­дов эдификаторов, затем упорядочения углерода по пулам внутри биогеоценоза (живое вещество → окружающая среда: атмосферная, почвенная, водная и т.д.), и заканчивая упорядочением антропо­генно используемой углеродной биомассы, с контролем периода ее консервации и выброса СО₂ в биосферу.

 Закон БГТ моделирования и задачи степеведения.

Согласно нашему анализу, основная цель человечества должна быть направлена на стабилизацию гомеостаза биосферы посредством устойчивого упорядочения потока углерода и поддержание устойчивой жизни человечества на Земле. Реализация этих важнейших положений возможна только в случае грамотного взаимоотношения человечества с биосферой, а если быть точнее – грамотного осознанного участия всего человечества в эволюции биосферы [4, 5]. Участие в эволюции должно предусматривать разумное противостояние неблагоприятным природным силам, а это возможно, как мы отмечали [5], при накоплении глубоких знаний. Глобальное изменение климата на данном этапе предъявляет человечеству серьезный вызов. Человечество должно разработать принципы и способы (БГТ технологии) противостояния этому явлению с использованием не только своих знаний, но и самих «сил природы».

Исходя из этого, работа степеведов должна включать: (1) изучение особенностей функционирования заповедных биосистем при различных антропогенных нагрузках; (2) разработку способов сохранения и поддержания редких, и исчезающих видов, биогеоценозов, ландшафтов; (3) изучение принципов биосфероподдерживающего (биогеотехнологического) взаимоотношения с природой; (4) разработку и внедрение биосфероподдерживающих технологий в практику (с получением доходов компенсирующих расходы на поддержание охраняемых территорий). Последним двум пунктам (3 и 4) степеведы должны уделить, на данном этапе, особое внимание.

Рациональное природопользование должно строиться на натурном моделировании и поддержании сложных БГТ комплексов и ландшафтов, включающих в себя по нашей «биогеотехнологической классификации биогеоценозов» [4] все, либо основную часть биогеоценозов: природные (включая ООПТ), аналоговые, полуискусственные, искусственные (рис. 1).

Рисунок 1. Основные типы биогеоценозов рекомендуемых для организации биогеотехнологического природопользования в глинистой полупустыне Северного Прикаспия (для почв солонцового комплекса с включением солончаковых солонцов до 50-60 %) [4].

A – естественный (природный) биогеоценоз восстановленный охранными мероприятиями.  Заповедная степь Джаныбекского стационара. Период восстановления  - 30 лет.

B – аналоговый биогеоценоз, способный к самовосстановлению. Пастбище-сенокосная система из терескена серого и житняка узкоколосого (ширококолосого). Галофитный кустарничек, терескен, произрастает только на засоленных почвах, зимой хорошо задерживает снег, при летнем выпасе сохраняет (внутри  кустов) семенники житняка и успешно размножается сам. Период создания  системы 2-3 года. Наращивает выпас с 1 овцы/га (степь) до 5-6 голов/га. Урожайность сена в 3-4 раза выше степи.

C – аналоговый биогеоценоз не способный к самовосстановлению. Поле-пастбищная система из смородины золотой и житняка, летом после сенокоса (а) и зимой (b – мощность снега показана линейкой ниже руки). Сорго «Эльтонское» (c), волоснец «Безводовский» (d) и сафлора «Заволжский 1» - сорта целенаправленно созданные нами для посева в междурядьях (экстремальных условиях). Период создания  системы 1,5-2-3 года. Биопродуктивность в 3-6 раз выше степи. Выход полезной продукции – сена, зерна выше в 10-20 и более раз.

D – полуискусственный биогеоценоз способный функционировать только при периодическом надзоре и поддержании. Кулисная полоса из вяза приземистого, перспективная для защиты железных и автомобильных дорог от заноса снегом. Активное снегозадержание с 5-8 лет, продолжительность жизни  1-го поколения вяза при надлежащем уходе до 40-50 лет. 

В базовой основе фундаментальное взаимоотношение с биосферой – биогеоценотическим покровом Земли – можно реализовать только в случае грамотного «вливания» информации, энергии и работы человечества на запуск и формирование прогрессивных биогеоценозов, и сохранение природных биосистем.

Два последних положения в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с глобальным изменением климата. 

Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема 0082–2018–0006, регистрационный номер № АААА-А18-118020890097-1). 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Научная мысль как планетарное явление. Кн. 2. М.: Наука, 1977. 191 с.
2. Галимов Э.М. Феномен жизни: Между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции. М., 2001. 256 с. (то же, 3-е изд. 2009).
3. Галимов Э.М. Что такое жизнь? Вместо введения // Проблемы зарождения и эволюции биосферы / Ред. Э.М. Галимов. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ». 2008. С. 9-19.
4. Душков В.Ю. Закон биогеотехнологического моделирования. М.: Т-во науч. изданий КМК. 2016. 196 с.
5. Душков В.Ю. Степеведение и биогеотехнологические принципы // Охрана природы и региональное развитие: гармония и конфликты. Сб. науч. тр. Оренбург, 2017. С. 236-240.
6. Лима-де-Фария А. Эволюция без отбора. Автоэволюция формы и функции / Пер. с англ. М.: Мир. 1991. 455 с. (англ. 1988).
7. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ. 1986. 432 с.
8. Савинов А.Б. Биосистемология (системные основы теории эволюции и экологии): Учебное пособие. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. 205 с.
9. Роде А.А., Большаков А.Ф., Базыкина Г.С., Максимюк Г.П., Эрперт С.Д. Биогеоценотические основы освоения полупустыни Северного Прикаспия. М.: Наука, 1974. 360 с.
10. Сукачев В.Н. Избранные труды. Т. 1-3. Л.: Наука. 1972-1975.
11. Тимофеев-Ресовский Н.В. Биосфера и человек // Охота и охотничье хозяйство. № 7. 1988. С. 6-8.
12. Эйген. М. Самоорганизация материи и эволюция биологических молекул. М.: Мир, 1973. 216 с. (англ. 214 p.).

Аттрактором является стационарное состояние сопряженных процессов, в которых имеют место диспропорционирование энтропии и которые протекают в области линейных взаимодействий» [2, с. 25]. Наличие аттрактора проявляется в том, что система, выведенная из некоторого состояния, самопроизвольно возвращается к нему» [2, с. 240 ].

Итерация – «процедура воспроизведения одной и той же (или подобной) структуры, или того же процесса» … «проявляется в широком диапазоне явлений от молекулярного автокатализа до процессов размножения организмов, смены поколений (репликация, сукцессия – самосборка в биогеоценозах, – В.Д.) и т.п.» [2, с. 206 и 214].