Растения - гениальные инженеры природы

Нехватка энергетических и сырьевых ресурсов — это та серьезная проблема, с которой обществу придется столкнуться уже в ближайшем будущем. Жизнь — это, в конечном счете, не только обмен веществ и энергии. Вполне естественно, что мы потребляем энергию, расходуем сырье и материалы, причем тем больше, чем «активнее» мы живем. Но суть вопроса в том, почему именно человек разумный, и только он, за свою столь короткую историю, насчитывающую всего 40 тысяч лет, сумел создать энергетическую и сырьевую проблемы. Жизнь на нашей планете зародилась около 2,5 миллиарда лет назад. Высшие растения существуют уже почти 450 миллионов, а позвоночные животные — около 400 миллионов лет. Почему же эти живые организмы на протяжении своего несравненно более длительного времени существования ни разу не оказались в кризисной ситуации? [1] Ведь и они преобразуют энергию и вещество, причем в гораздо больших масштабах, чем это делал и делает человек. Однако перед ними не возникало дилемм. Почему? Можем и должны ли мы учиться у животных и растений, если хотим выжить? Я думаю: можем и должны. И

Цель этой книги не только показать, что растения более «сознательно», чем человек, относятся к своей окружающей среде и поэтому никогда не попадают в критическое положение. [2] Я постараюсь разъяснить, почему и где человек, выступающий в роли конструктора, допустил и все еще допускает серьезные ошибки. Я покажу также, каким образом можно узнать, в самом ли деле хороша созданная человеком та или иная конструкция, то есть соответствует ли она тому мерилу ценностей, которое я считаю главным: оправдывает ли она себя экологически.

Я введу вас с помощью этой книги в мир флоры, и вы увидите, что окружающая среда ставит перед растениями проблемы, которые удивительно схожи с проблемами взаимоотношения среды и людей. Вам станет ясно, что растения более умелые инженеры, чем мы. Знакомство с их «изобретениями» будет полезно читателям. Но мир флоры представляет интерес не только для ботаников и инженеров. Он в состоянии увлечь и восхитить каждого из нас, общение с ним способствует восстановлению тех контактов с природой, которые мы в последнее время во многом утратили.

После того как в 1859 году Чарлз Дарвин опубликовал свой всемирно известный труд «Происхождение видов путем естественного отбора», в корне изменились существовавшие до того традиционные представления о целесообразности в живой природе. Прежде ученые полагали, что все растения и животные — это в высшей степени рациональные «конструкции», в которых каждая деталь изначально хорошо приспособлена к условиям окружающей среды. Эволюционная теория Дарвина доказала, что о такой незыблемой конструкции не может быть и речи. Согласно его теории естественного отбора, природа без какого-либо плана и разумения создает великое разнообразие видов и форм, но выживают из них только те, которые случайно, но наилучшим образом сумели противостоять условиям внешнего мира. Следовательно, можно говорить не о приспособляемости как таковой, а об отборе хорошо приспособившихся видов.

Со времен Дарвина биологи твердо убеждены в том, что природа работает беспланово и неосмысленно, поскольку она не преследует никакой цели на пути создания той или иной конструкции. Но не оказывается ли в наши дни подобное убеждение неким заблуждением? [3] Почему эволюция в том виде, в каком ее открыл и описал Чарлз Дарвин, должна протекать вслепую и бесплановой? Разве авиаконструкторы не работают по тому же принципу эволюционного развития, когда с целью найти наиболее приемлемую форму самолета они испытывают в аэродинамической трубе большое число моделей, конструкция которых определена опытно-статистическим путем? Разве нельзя назвать процессом «естественного отбора» те десятки тысяч вычислительных операций, которые физик-ядерщик производит на быстродействующих ЭВМ только для того, чтобы выяснить, какие конструкционные материалы, или какая их комбинация, или, наконец, какая их внутренняя структура наиболее пригодна для строительства атомного реактора? Иными словами, и инженеры не стремятся к созданию раз навсегда застывших конструкций, то есть не следуют по пути конструктивной приспособляемости, а придерживаются принципа отбора. Но никто при этом не приходит к мысли, что работает неосмысленно и беспланово. Целесообразность конечного результата здесь вполне очевидна, однако путь, ведущий к нему, есть не что иное, как развитие, а не однозначное конструирование.

Примечательно, что биологи и инженеры со словом «эволюция» связывают два разных понятия. Для первых эволюция — это отсутствие планового начала и одновременно наличие возможностей выжить; для других — это правомерное, можно сказать даже, наилучшее средство для достижения цели, поскольку конструкции должны еще пройти проверку практикой, в то время как продукт эволюции доказывает свою жизнеспособность уже в процессе возникновения. Та или иная инженерная конструкция может оказаться ложной. Эволюция же ошибок не допускает. [4]

Следует упомянуть еще об одном важном различии между эволюцией в природе и конструкторской деятельностью человека. Эволюция происходит в полном соответствии с условиями окружающей среды. Она не может идти быстрее, чем изменяются эти условия. Ее продукты всегда приспособлены к объективной реальности. Они не опережают развитие внешнего мира и не заставляют его приспосабливаться к ним. Иные временные масштабы характерны для технического конструирования. Ход этого процесса может быть ускорен практически произвольно. В этом корень зла. Роковые ошибки становятся очевидными тогда, когда технический прогресс намного обгоняет развитие окружающей среды и не оставляет ей времени для адаптации. Так, естественное самоочищение рек происходит намного медленнее, чем их загрязнение промышленными сточными водами. В этом смысле не конструкция, не машина оказывается элементом среды, окружающей человека, а, наоборот, сам человек подчиняется искусственной среде, создаваемой машиной. Теперь человек должен приспосабливаться к машине, возможности усовершенствования которой опережают возможности совершенствования человека. При таком положении вещей прогресс машинной техники может оказаться для человека смертоносным. [5]

Человек был и остается живым организмом, Его конструкцию не изменишь в один миг. И это хорошо, поскольку этим исключается опасность создания дефектной конструкции. В то же время при разработке исключительно смелых технических проектов человек вынужден следить за тем, чтобы «не опередить самого себя». В противном случае он может вступить в конфликт с результатами своего труда.

Итак, эволюция в природе приводит к появлению приспособившихся форм. Этого не происходит при техническом конструировании. Поэтому в будущем нашим инженерам надо больше заниматься «эволюционированием» технических идей, нежели простым конструированием. Им следует всегда помнить о достижении обязательной совместимости творений их рук и природной среды. Это, однако, не означает, что специфический путь технического прогресса — конструирование — необходимо предать полному и окончательному забвению. Но когда мы будем создавать те или иные конструкции, нам следует учитывать два ограничения, присущие эволюционному пути развития: конструирование должно осуществляться при наличии обратных связей с окружающей средой, и оно не должно опережать темпов взаимоприспособляемости природы и человека.

Солнечный свет — наиболее мощный и наименее освоенный человеком источник энергии. За исключением энергии ядра практически вся энергия, прямо или косвенно использовавшаяся когда-либо человеком, представляет собой энергию световых лучей. Гидравлические электростанции преобразуют энергию рек в электрическую. Однако возможность работы ГЭС обусловлена круговоротом воды в природе: нагревание атмосферы солнечными лучами вызывает испарение воды, которая затем выпадает в виде осадков. Тепловые электростанции вырабатывают энергию, используя каменный уголь, нефть, природный газ, то есть органические вещества, которые были созданы зелеными растениями с помощью солнечной энергии миллионы лет назад. Органическое происхождение имеют также бензин, керосин, мазут и прочие виды минерального топлива, получаемые из нефти и каменного угля. Продукты питания, обеспечивающие человеческий организм необходимой энергией (зачастую в больших, чем это требуется, количествах), в конечном счете поставляются растениями, поскольку животные, мясо которых мы едим, питаются либо зелеными растениями, либо травоядными животными. Что касается самих растений, то они вырабатывают органические вещества, непосредственно улавливая и связывая лучистую энергию. Без этого первичного использования света жизнь на Земле была бы невозможна.

Но если растения издавна «умеют» утилизовать энергию солнечного луча без каких-либо промежуточных, посредствующих звеньев, то человек смог это сделать с помощью техники лишь в последние десятилетия, правда, пока в очень незначительных масштабах, которые с точки зрения существующих объемов производства энергии можно вообще не принимать во внимание. Сегодня только одним зеленым растениям природой дано искусство создавать органические вещества из воды и воздуха, используя энергию света. В процессе ассимиляции, или фотосинтеза, в листьях и стеблях растений, при участии хлорофилла, из углекислого газа и воды образуются виноградный сахар (глюкоза), а затем крахмал и другие более сложные органические соединения. Заключенная в этих веществах анергия обязана своим происхождением солнечному свету. Эти факторы широко известны. Но то, что сегодня знает каждый школьник, оказывается пока недоступным для повторения в лабораториях без участия зеленого растения. Если частично прикрыть ассимилирующий лист небольшим кружочком из непрозрачного материала, то можно убедиться в том, что только в освещенной части листа из воды и воздуха будут синтезироваться глюкоза, а затем крахмал. Если в конце дня обработать этот лист раствором йодистого калия, то участки листа, содержащие крахмал, потемнеют и перед вами, словно на фотоотпечатке, сделаном с негатива, окажется точное изображение прикрытой части листа. На фото 1 показан лист тополя, с которым был проделан такой опыт. На снимке отчетливо видны темная зона (здесь на лист падал солнечный свет и образовался крахмал) и круглое светлое пятно (эта часть листа была прикрыта).