От микроорганизмов до мегаполисов

Вацлав Смил

Growth: From Microorganisms to Megacities by Vaclav Smil

© 2019 Massachusetts Institute of Technology

© Окунькова И. А., перевод на русский язык, 2020

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2023

Предисловие

Рост является повсеместной многообразной реальностью нашей жизни – маркером эволюции, увеличения размера и способностей нашего организма с взрослением, накопления коллективных возможностей для эксплуатации земных ресурсов и организации общества для повышения качества жизни. Рост оставался и невысказанной, подразумеваемой – и явной – целью, индивидуальным и коллективным стремлением на протяжении всей эволюции человека и его короткой документированной истории. Он управляет жизнью микроорганизмов и галактик. Рост определяет размер океанической коры и использование всех артефактов, созданных для улучшения нашей жизни, а также степень ущерба, наносимого нашему организму аномально развивающимися клетками. Рост формирует возможности нашего необычайно объемного мозга, а также состояние экономики. Благодаря повсеместному распространению, рост можно изучать на самых различных уровнях – от внутриклеточного и клеточного (с целью выявления метаболических и регуляторных потребностей и процессов) до составления долгосрочных траекторий развития таких комплексных систем, как тектонические сдвиги, демография на национальном и глобальном уровне, города, экономики или империи.

Терраформирующий рост – геотектонические силы, создающие океаническую и континентальную кору, вулканы и горные хребты и формирующие водоразделы, равнины и береговые линии, – происходит очень медленно. Его основная функция, формирование новой океанической коры в срединно-океанических хребтах, реализуется со скоростью менее 55 мм в год, а скорость исключительно быстрого создания морского дна может достигать около 20 см в год (Schwartz et al., 2005). Что касается годового прироста континентальной коры, по расчетам Реймера и Шуберта (Reymer and Schubert, 1984), объем ее увеличения составляет 1,65 км3 и с учетом объема субдукции (когда старая кора превращается в мантию) 0,59 км3 дает чистый показатель прироста 1,06 км3 в год.

Это мизерный годовой прирост, если учитывать, что континенты покрывают почти 150 Гм2 и толщина континентальной коры составляет в основном 35–40 км, но он продолжается весь фанерозойский эон, то есть последние 542 млн лет.

И еще один пример, на этот раз вертикальный, неизбежно низких тектонических скоростей: подъем Гималаев, самого внушительного горного хребта нашей планеты составляет около 10 мм в год (Burchfiel and Wang, 2008; рис. 0.1). Тектонический рост коренным образом определяет рамки изменения климата Земли (так как влияет на циркуляцию воздуха в атмосфере всей планеты и распределение давления) и продуктивность экосистем (так как влияет на температуру и выпадение осадков) и, следовательно, жизнедеятельность человека и экономическую активность. Но мы никак не можем повлиять на его сроки, место и скорость или напрямую использовать с выгодой для себя, поэтому не будем уделять ему внимания в этой книге.

Рис. 0.1. Медленный, но упорный тектонический рост. Гималаи образовались в результате столкновения Индийской и Евразийской плит, которое началось более 50 млн лет назад и по-прежнему продолжается, благодаря чему этот горный хребет растет на 1 см в год. Фотография сделана с Международной космической станции (в южном направлении из нижней части Тибетского нагорья) в январе 2004 года. Снимок доступен на https://www.nasa. gov/multimedia/imagegallery/image_feature_152.html

Рост организмов, квинтэссенция проявления жизни, включает все процессы, посредством которых все элементы и соединения со временем трансформируются в новую живую массу (биомассу). Эволюция человека экзистенциально зависит от этого естественного роста: сначала он добывал пищу собирательством и охотой, затем стал добывать топливо и сырье и, наконец, пользоваться выращенной пищей и продукцией пищевых производств, а также в больших масштабах эксплуатировать лесную фитомассу и вылавливать рыбу и другие морепродукты. Рост вмешательства человека в биосферу вызвал крупномасштабную трансформацию многих экосистем – прежде всего превращение лесов и заболоченных земель в пахотные угодья и активное использование лугов под пастбища (Smil, 2013a).

Рост также является признаком прогресса и воплощением надежды в делах человека. Рост технических возможностей позволил освоить новые источники энергии, повысить уровень и надежность обеспечения продуктами питания, создать новые материалы и новые отрасли промышленности. Экономический рост приносит ощутимые материальные выгоды с накоплением частного имущества, обогащающие нашу краткую жизнь, и создает нематериальные ценности: радость достижений и чувство удовлетворенности. Но рост также сопровождается тревогой, волнениями и страхами. Люди – будь то дети, отмечающие, насколько они выросли, на дверном косяке, бесчисленные главные экономисты, готовящие сомнительные прогнозы объемов производства и торговых показателей, или рентгенологи, изучающие магнитно-резонансные снимки, – волнуются о нем по огромному количеству поводов.

Рост часто кажется слишком медленным или слишком быстрым. Он вызывает беспокойство о пределах адаптации, страх перед личными и общественными неурядицами. В ответ люди пытаются управлять ростом, который могут контролировать, меняя его темп (ускорять, сдерживать или прекращать), и мечтают – и стараются – расширить контроль и распространить его на новые области. Эти попытки часто проваливаются, даже если сначала кажутся успешными (а ощущение перманентного контроля может оказаться лишь временным успехом), но никогда не кончаются: мы можем наблюдать их в как в микро-, так и в макромире, когда ученые пытаются изучать новые формы жизни, расширяя генетический код и включая синтетическую ДНК в новые организмы (Malyshev et al., 2014) или предлагая контролировать климат Земли с помощью геоинжиниринга (Keith, 2013).

Рост организмов является результатом длительного эволюционного процесса, и современная наука добилась понимания его предпосылок, путей и результатов и выявила его траектории, более или менее соответствующие конкретным функциям, преимущественно S-образным (сигмоидальным) кривым. Поиск общих черт и полезные обобщения, касающиеся естественного роста, – сложная задача, но его количественное выражение выглядит относительно просто, как и оценка роста множества созданных человеком артефактов (инструментов, машин, производственных систем) путем отслеживания увеличения их мощности, производительности, эффективности или сложности. Во всех этих случаях мы имеем дело с базовыми физическими единицами измерения (длиной, массой, временем, силой тока, температурой, количеством вещества, силой света) и их многочисленными производными, от объема и скорости до энергии и силы.

Измерение феноменов роста, связанных с суждениями, ожиданиями и мирным или насильственным взаимодействием людей, представляется более проблематичным. Некоторые сложные совокупные процессы невозможно измерить, если предварительно произвольно не ограничить область исследования и не прибегнуть к более или менее сомнительным концепциям: измерение экономического роста с помощью таких переменных, как ВВП или национальный доход, является прекрасным примером подобных сложностей и неопределенностей. Но даже когда многие признаки так называемого социального роста (или общественного прогресса) легко поддаются измерению (здесь можно привести множество разнообразных примеров от среднего размера жилплощади на семью и владения бытовой техникой до разрушительной силы запасов ракетного оружия и общей площади территорий, контролируемых силами империи), их истинные траектории развития по-прежнему открыты для разнообразных интерпретаций, поскольку эти количественные представления скрывают значительные качественные отличия.

Накопление материального имущества является особенно интересным аспектом роста, так как проистекает из сочетания похвального стремления повысить качество жизни, понятного, но менее рационального желания позиционировать себя в более широкой социальной среде и сравнительно атавистического импульса владеть, даже накапливать запасы. Есть и те, кто безразличен к росту и потребностям: индийские садху, носящие набедренные повязки или ходящие обнаженными, и монахи, принадлежащие к сектам, призывающим к аскетичной простоте. На другой стороне спектра мы видим страстных коллекционеров (каким бы изысканным ни был их вкус) и страдающих психическим расстройством собирателей хлама, превращающих свое жилище в подобие свалки. Но между этими полюсами в любом обществе с растущими стандартами жизни мы наблюдаем менее драматичные повседневные склонности, так как большинство людей хотят сильнее ощущать рост, материальный или неосязаемый, подпадающий под иллюзорное определение удовлетворенности жизнью или личного счастья, которое достигается путем накопления богатств или получения уникального жизненного опыта.