Текст книги "Энергия и жизнь"
Автор книги: Николай Печуркин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 13 страниц)
Коротко рассмотрим эволюционное развитие цепи обратной связи в одной из главных информационно-управляющих систем: рецептор – глаз; переносчики и переработчики информации—нервная система и мозг; исполнитель – мышца.
На примере развития глаза можно хорошо видеть, как функция «диктовала» свои условия совершенствованию структуры. С позиций только морфофизиологического подхода объяснение существования такого органа высокой степени сложности казалось очень непростым даже самому основателю дарвинизма. В одном из разделов книги «Происхождение видов...» (глава «Затруднения, встречаемые теорией») он писал:
«Предположение, что глаз со всеми его неподражаемыми приспособлениями для изменения фокусного расстояния по мере удаления предмета, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию мог быть выработан естественным отбором, может показаться, сознаюсь в том откровенно, в высшей степени нелепым». Действительно, великолепное совершенство глаза (а электронная микроскопия в последнее время подтвердила это и для молекулярных структур) интуитивно связывается с его созданием по какому-то специальному предопределению. Тем более, что в живой природе глаз возникал неоднократно! Создается впечатление, что он был запланирован, предопределен ранее (может быть, чтобы жизнь могла увидеть самое себя?!).
Информационно-энергетический подход позволяет и в данном случае преодолеть ограниченность структурного подхода, снять налет телеологичности.
Следует обратить внимание на то, что для глаза, как и для других органов информации, характерно чрезвычайно малое потребление энергии при работе. Наш светоприемник при адаптации способен воспринимать даже отдельные кванты света.
Эволюция глаза как светопринимающего устройства характеризовалась постепенным накоплением усовершенствований. В самом начале на основе фоточувствительных молекул примитивные организмы умели лишь отличать свет от темноты. У некоторых одноклеточных имеется пигментированное светочувствительное пятно, как правило на переднем конце тела. Известна отрицательная реакция инфузорий на видимый свет и особенно на ультрафиолет. Имеющая хлоропласты эвглена, напротив, плывет к свету.
Развитие многоклеточности «позволило» усложнить и строение светопринимающих устройств. Уже у плоских червей имеются примитивные глаза – чашечки со зрительным пигментом родопсином. Примечательно, что функции светочувствительных клеток взяли на себя молекулы родопсина, которые являются ближайшими родственниками древнейшего белка бактериородопсина.
Строение глаза все более усложняется с ростом уровня организации животных. Образуется глазной пузырь с жидкостью и подвижным хрусталиком – линзой. Чувствительность и разрешающая способность глаза еще более возрастает с образованием сетчатки – слоя светочувствительных клеток. В дальнейшем светочувствительные возможности возрастают с увеличением кривизны хрусталика, развитием зрачка, глазной мускулатуры, разделением светочувствительных клеток на колбочки и палочки и т. д.
У членистоногих развился другой тип глаза – фасеточный. Отдельная фасетка имеет ряд светочувствительных клеток и неподвижную линзу. Увеличение числа фасеток в сотни и тысячи раз повышает разрешающую способность такого глаза. Для малых организмов, особенно для летающих форм, по-видимому, было выгоднее варьировать число мелких фасеток, чем создавать единую, довольно крупную структуру с глазным пузырем и хрусталиком.
Таким образом, можно видеть, какой путь прошел глаз в эволюционном развитии под действием естественного отбора на улучшение функции.
Может быть, еще более наглядным примером действия отбора на изменение структуры служит элиминация структур, если они не нужны. И здесь хорошо известны случаи упрощения или даже редукции (потери) глаза в тех условиях, когда он не нужен. Один из самых впечатляющих примеров был описан обозревателем газеты «Комсомольская правда» [6 июля 1985 г., № 18357] В. Песковым. В маленьком пруду (Бабынивский район Калужской области), вырытом 15 лет назад, были обнаружены безглазые караси, наряду с обычными. Имелись и одноглазые формы, и образцы с более выпуклыми глазами. Чем можно объяснить безглазие, развившееся так быстро? Прежде всего, именно этот вид карася имеет нестабильный генетический механизм передачи признаков и широкую вариабельность структур (от него выведены разнообразнейшие по форме и окраске аквариумные рыбки).
В данном случае безглазие оказалось даже не уродством, а выгодным преимуществом. В мелком илистом пруду зрение не нужно; для копания в иле важнее обоняние. По сведениям В. Пескова, обоняние у незрячих рыб хорошо развито. И главное: в пруду нет хищников – ни щуки, ни окуня, так что на всех фазах развития глаз карасям не требуется. Без этой лишней структуры безглазые караси развиваются быстрее зрячих. Преимущество освобождения от ненужной структуры здесь очевидно.
Продолжим описание нашей информационно-управляющей системы. Теперь очередь за рассмотрением переносчика информации – нервной системы и ее центра – мозга, перерабатывающего эту информацию и вырабатывающего сигнал управления. Для совершенствования адаптационных способностей организма это, пожалуй, самые важные системы.
Совершенно очевидно, что должен существовать центральный анализатор сигналов от зрительного и других рецепторов, который принимает решение и вырабатывает управляющий сигнал исполнителю (мышцам). Развитие мозга было прослежено еще в прошлом веке, и цефализация организмов считалась одним из важных критериев эволюции. Доля нервных и мозговых клеток в эволюции возрастала, причем характер этого роста во времени имел экспоненциальную природу.
Заметим, что работающий мозг потребляет энергии незначительно больше, чем отдыхающий, что говорит о его экономичности по энергетике.
И опять достойно упоминания то, что при ненужности функции даже эта совершенная структура может быть потеряна полностью. Примером тому служат паразитические черви, в условиях полного обеспечения пищей утратившие голову вместе с мозговыми клетками.
Теперь очередь за третьим компонентом системы – исполнительным органом. У высших животных это мышца. Совершенно очевидно, что чем быстрее организм достигнет источника пищи или избегнет опасности, тем больше вероятность его выживания, выше уровень его адаптации к условиям окружающей среды. И здесь природе пришлось вырабатывать разнообразные пути решения. Движение с помощью жгутиков было освоено уже на уровне одноклеточных прокариот. Сам бактериальный жгутик вращается в мембране, его основание – базальное тельце – крутится подобно ротору электродвигателя, что обусловлено градиентом концентрации ионов водорода. Аналогия с электродвигателем довольно глубокая, так как в обоих случаях имеется вращающееся электромагнитное ноле. Природа изобрела колесо давным-давно, только его размеры оказались малыми, и оно не смогло эффективно работать. Ускорение движения одноклеточного эукариотного организма могло быть обеспечено и обеспечивается увеличением числа ресничек, но предел тут достигается довольно быстро, и он имеет диффузионную основу (например, диффузия топлива к месту работы). Задача могла быть решена только на уровне многоклеточных, с развитием специализированных клеток. Удлинение движущегося рычага, помещенного в среду, содержащую топливо (типа АТФ), образование «сократительной нити» – вот путь совершенствования мышцы, нового аппарата перемещения организма в пространстве, по С. Э. Шнолю.
И здесь существенно представление о регрессе структуры. На собственном примере каждый из нас может убедиться, как быстро может потерять объем и эластичность мышца, если ее не нагружать. Проблема становится особо острой в условиях невесомости. Для длительных полетов пришлось разработать сложные программы интенсивных нагрузок.
Конечно, вся система обратной связи развивалась согласованно. Так, скорость физической реакции на раздражение не должна была сдерживаться, например, скоростью распространения нервного импульса, и той «пришлось» возрасти от 0,1 до 150 м/с, приблизившись к скорости звука.
Проведенное рассмотрение информационно-управляющей системы наглядно демонстрирует первичность функции перед структурой. Вывод этот не имеет оттенка телеологичности, если не забывать о движущих энергетических потоках, инициирующих круговороты. Сам вывод не противоречит заключениям эволюционистов, особенно если речь идет о конвергентном сходстве, казалось бы, далеких по происхождению структур. Примечательно в этом смысле высказывание известного эволюциониста Э.Майра [1968, с. 403]: «Мир животных, так же как и мир растений, полон конвергенции, когда сходные требования среды вызывают сходные фенотипические реакции у неродственных или по крайней мере не близкородственных организмов. Если существует только одно эффективное решение для данной функциональной проблемы, то весьма различные генные комплексы дадут одно и то же решение независимо от того, сколь бы ни были различны избранные пути. Поговорка, что „все дороги ведут в Рим“, столь же верна, как и в житейских делах».
И над всем этим витает «дух» энергетического (но не энтропийного) совершенствования. Можно считать, что развитие систем кодового управления хорошо соответствует действию энергетических принципов: увеличение активности организмов (в том числе и по захвату энергии, и по относительному уменьшению), экономии трат на поддержание структуры (вспомним потерю головы паразитом, если она не нужна).
В целом анализ развития информационно-управляющих систем животных хорошо демонстрирует важность энергетических характеристик в эволюции животных, особенно на верхних ступенях эволюционной лестницы. Для этого уровня становятся существенными социальные функции и структуры.
8.3. «Самоорганизация» на уровне популяций
Уделяя особое внимание морфофизиологическим структурам отдельного организма, изучая громадное, почти непостижимое разнообразие форм, очень легко оказаться в плену организмоцентризма, т. е., грубо говоря, считать, что структура организма и органа определяет его функцию. В предыдущем параграфе, говоря об особенностях морфологических и информационных структур организмов, мы старались подчеркивать ведущую роль функции. Но особенно ярко приоритет функции выступает, если подняться на следующую ступень и рассматривать популяционный уровень отношений организмов.
В связи с этим заслуживает отдельного рассмотрения поведенческий аспект в эволюции животных. Социальная сторона его очевидна, так как практически вся жизнь животных связана с их отношениями в популяциях. Роль поведения в эволюционных сдвигах отмечалась эволюционистами разных направлений, для пас важно проследить, как с его совершенствованием «улучшается» энергетика популяции (и количественно. и качественно). Как отмечает Э. Майр, выбор нового биотопа, использование новой пищи представляет собой, как .правило, новый аспект поведения и играет основную роль при переходе в новые адаптивные зоны. «Поведение представляет собой наиболее важный эволюционный определяющий фактор; особенно при возникновении новых тенденций... Большинство недавних переходов в новые экологические ниши вначале не сопровождалось структурными модификациями. В тех случаях, когда развиваются новые повадки, вслед за этим рано или поздно происходят структурные изменения» [Майр, 1968, с.401]. Таким образом, явно говорится о первичности поведения, связанного с функцией, и вторичности структуры.
Еще в начале нашего века высоко оценивал адаптивность поведения А. Н. Северцов. Он отмечал, что при быстрых изменениях условий существования в неблагоприятную сторону выживают животные – «изобретатели новых способов поведения».
Рассмотрим некоторые особенности популяционных структур высших животных. В любой группе животных, обитающих совместно на одной территории, всегда имеется определенная иерархическая структура. Она проявляется в комплексе постоянно поддерживаемых отношений доминирования и подчинения. Существуют две крайние формы иерархии. В одном случае какое-либо одно животное – вожак доминирует над остальными, между которыми нет различий по рангу. В другом устанавливается линейная иерархия: одна особь доминирует над всеми, следующая подчиняется первой, но доминирует над оставшимися вплоть до последней, которая подчиняется всем (хорошо известен быстро устанавливающийся у цыплят линейный порядок клевания при недостатке корма: вначале ест самый сильный цыпленок, за ним всегда второй и т. д.). Обычно устанавливается комбинация из этих форм, иногда возможны кольцевые связи.
Иерархия устанавливается в результате агрессивного «выяснения отношений», побеждает наиболее сильная агрессивная особь, как правило взрослый самец. Для группы это выгодно, если ее возглавляет самая сильная или самая умная особь. Для доминирующей особи это тоже очевидно. Для подавляемых особей выгода не столь очевидна, но и тут есть преимущество: нет слишком частого «битья», т. е. возможна спокойная жизнь, открывается путь к эмиграции, поиску новых местообитаний.
Можно сказать, что в целом иерархическая структура позволяет уменьшить траты на поддержание (на популяционном уровне), без нее слишком много энергии уходило бы на постоянное выяснение отношений внутри группы. После установления иерархии животные мирно сосуществуют в единой группе, занимаясь своими делами. Итак, иерархия способствует повышению активности группы, группа ведет себя как единое целое, что увеличивает ее потенциал в экологической нише, в захвате пищи (энергии) и пространства.
В чем же заключаются преимущества стадного образа жизни? Почему он так широко распространен во многих таксонах животного царства? Перечислим некоторые, имеющие функциональный аспект.
1. Повышение способности к конкуренции. Группа совместно держащихся животных уже своими размерами способна подавить конкурентов, предпочитающих индивидуальный образ жизни. В большинстве групп или локальных популяций существует разделение труда. Хорошо известны, к примеру, коллективные действия хищников во время совместной охоты (волки, львы), когда каждый зверь выполняет свою «задачу».
2. Повышение эффективности добывания пищи. Это преимущество тесно связано с предыдущим.
3. Защита от хищников. Очевидно, что защита от нападения может быть в группе гораздо более эффективной. Существуют целые системы групповой круговой обороны у копытных животных, служащие надежным средством даже при нападении крупных хищников. Высока информационная роль оповещения о приближении хищника, его «окрикивание» и т. д. Это значит, что в среднем каждая особь может больше времени заниматься активным видом деятельности, в том числе и питанием.
4. Изменение среды вплоть до активного. Самый простой пример – совместное согревание в куче животных при похолодании. Более сложный, а подчас вызывающий изумление – это совместная достройка очень сложных, с совершенной термо– и влагорегуляцией жилищ, широко распространенных у общественных насекомых. К этому же типу относится постройка бобрами плотин с регулируемым уровнем воды.
5. Повышение эффективности размножения. Прежде всего, если в стаде имеется активный самец (вожак), то он и оставит больше потомков, что выгодно и для популяции в целом. Для многих групп насекомых характерно роение, в котором участвуют особи, прилетающие издалека. Велика роль стадности и в коллективной защите потомства. Известны целые «детские сады» у стадных млекопитающих, где дети находятся под присмотром не только своих родителей. У тех же общественных насекомых имеются особые категории «нянек», кормящих потомство.
6. Обучение. Возможность ускоренного обучения в группе, пожалуй, является одним из наиболее важных преимуществ для большинства высших животных. Теперь это все более осознается специалистами-этологами и эволюционистами в целом. Развитие способности к обучению дает преимущества по всем выше рассмотренным пунктам, особенно при передаче накопленного опыта потомству. Большая информационная емкость и низкая энергетическая стоимость обучения очевидны. Можно сказать, что действие энергетических принципов проявляется здесь в полной мере. Во-первых, передается новая функциональная возможность, т. е. открывается новая ниша (пища, пространство). Это иллюстрация экспансии, работа по экстенсивному типу. Но это все совершается без образования новых структур, что является показателем интенсивного типа развития. В данном случае практически никаких трат вещества и энергии не требуется, а информация, как мы знаем, передается почти бесплатно. Она без потерь и даже с усилением циркулирует по контурам обратной связи у одной особи или переходит от особи к особи в пределах группы, популяции и даже выходит за границы одного вида. В настоящее время известны интересные примеры быстрого распространения нового «знания», изобретения, навыка. Стоило, к примеру, одной из британских синиц научиться открывать бутылки с молоком и выпивать сверху сливки, как это умение практически мгновенно распространилось среди синиц разных видов.
Все обсуждавшиеся адаптивные признаки, связанные с групповым поведением, имеются у приматов и особенно ярко выражены в ветви высших обезьян и гоминид. В середине и конце третичного периода изменение климата привело к сокращению лесных местообитаний, развитию саванн и степей. Переход от древесного образа жизни к наземному у предков гоминид привел к развитию способности перемещения на двух конечностях. Только групповой образ жизни позволил первым гоминидам спасаться от опасных нападений со стороны крупных наземных хищников. Отдельным особям это было не под силу. То же можно сказать и о коллективной добыче пищи при совместной охоте, групповой охране примитивного жилища и т. д. Следовательно, селективное преимущество стадного образа жизни, повышение организованности группы, обучение в ней, разделение труда становятся очевидными. Все это требует совершенствования средств коммуникации, выработки языка и в конечном счете интеллекта у человека. Эволюция гоминид, приведшая к развитию человека,– процесс сложный и многосторонний. Ясно, что наиболее существенное различие между человеком и животным лежит в сфере разума, а не тела.
Обсуждение эволюционной природы человека, конкретных шагов морфологической эволюции не входит в нашу задачу. Оставаясь на позициях главным образом энергетического подхода, мы только подчеркнем, что такой показатель, как использование энергии человеком, в эволюции рос с наибольшей скоростью. Об этом и пойдет речь в следующей главе.
Глава 9. Человек и энергетика
... Прогресс техники в том и заключается, что человеческий труд все более и более отступает на задний план перед трудом машин.
В. И. Ленин
9.1. Роль энергии в истории человечества
Весь длительный процесс освоения энергии человеком можно разделить, хотя бы для удобства обсуждения, на четыре-пять этапов [по Алексееву, 1983, с модификациями].
Первый – этап мускульной энергии, он уходит в глубь тысячелетий и длится до V–VII в. н. э. Одним из самых замечательных достижений этого периода является овладение огнем: вначале поддержание костра, а затем добывание огня и запасание первого энергетического ресурса – дров.
Второй этап (VII–XVII вв.) относится к использованию энергии движущей воды и ветра, он связан с изготовлением специальных, порой очень непростых сооружений, требовавших коллективного труда и творчества. Техническая основа разработок этого времени – колесо.
Третий этап (с XVIII в. до начала XX в.) соответствует все более широкому применению «движущей силы огня», источником которого является химическая энергия топлива, накопленного в былых биосферах: каменного угля, нефти, газа, горючих сланцев и т. д.
Четвертый этап (с «XX в. наравне») не зря называют «золотым веком электричества». Благодаря его открытию, а главным образом созданию многочисленных приборов и движителей для человечества оказалось возможным освоить и энергетически обеспечить практически все уголки нашей планеты, более или менее пригодные для жизни.
Пятый этап развития энергетики, основанной на использовании энергии распада атома и синтеза ядра, практически станет определяющим только в следующем веке или (более осторожно) в следующем тысячелетии. Рассмотрим развитие энергетики человека в историческом плане.
Вспомним, что иссушение климата и уменьшение площадей лесов в конце третичного – начале четвертичного периода вынудили предков-гоминид перейти от древесного к наземному существованию. Только социальный образ жизни, развитие систем коммуникации, обучения и приготовления примитивных орудий защиты и труда позволили некоторым линиям гоминид, не имевшим ни густого меха, ни мощных когтей, твердо обосноваться в степях и саваннах, используя естественные укрытия и пещеры как убежища. Примитивные орудия труда, обнаруженные археологами вместе с человеческими останками, относятся к дальней дали веков. (Например, орудия, найденные при раскопках вблизи древнего греческого города Птолемаис в Македонии, изготовлены более 3 млн лет назад.) Конечно, первые орудия очень примитивны. Это камень с острым сколом, дубина, очищенная от сучьев, и позднее – копье, сильное смертоносное оружие. Но со временем они все более совершенствовались, с их помощью первобытный человек мог охотиться на диких животных, выкапывать съедобные корни, строить укрытия из деревьев. Сто лет назад были проведены сравнения, какой топор лучше: каменный или железный. Оказалось, что каменный топор ненамного хуже; дерево толщиной 17 см было им срублено за 7 мин, а железным – за 5.
Самым великим событием в развитии человечества на этом этапе было «приручение» огня. Точной даты нам не узнать, да ее, видимо, и не было: в различных регионах земли это происходило неоднократно и в разное время.
Недаром в мифах и легендах всех народов мира говорится о божественном происхождении огня. Огню очень долго поклонялись как божеству; не умея его добывать, старались сохранить в одном месте на долгие годы. В одной из пещер вблизи Пекина археологи обнаружили следы костра, который непрерывно горел в течение 500 тыс. лет на одном месте! Огонь зажигали от лесных пожаров, возникших от ударов молний, реже —от извержения вулканов.
Следующий огромный шаг в овладении человеком силами природы – это умение добывать огонь. Ф. Энгельс писал, что добывание огня трением впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства. Постоянное применение огня резко изменило жизнь человека. Учеными доказано, что уже неандертальцы ели жареное мясо. Приготовление хлеба, вареного и жареного мяса существенно облегчило пищеварение, высвободив время и энергию для активных действий (т. е. в соответствии с ЭПИР доля активной энергии у человека возрастала по сравнению с другими млекопитающими; непосредственное увеличение потока использованной энергии по ЭПЭР в связи с использованием огня очевидно).
Однако прямые энергетические возможности человека определялись главным образом мощью его мускулов и крепостью костей. Средняя мощность мужчины около 0,1 л.с. Первыми машинами, преобразующими и запасающими энергию, по-видимому, можно считать самодействующие ловушки. В них использовалась сила тяжести животных (ямы) либо упругостные силы отогнутых ветвей, согнутых деревьев. Самый яркий пример облегченного варианта такой «машины» с дистанционным действием – это лук и стрелы.
На протяжении 3–4 млн лет технологическая эволюция человека протекала довольно медленно. Сотни тысяч лет, согласно данным раскопок в разных регионах Земли, традиции изготовления каменных орудий сохранялись почти неизменными. Но около 40 тыс. лет назад скорость эволюции значительно возросла. Неоценимую помощь человеку, прежде всего по энергетике, оказали первые прирученные животные и среди них – собака. Она помогала и выследить добычу, и охранять жилье, могла использоваться как тягловая сила, а в тяжелых случаях – и как подручный запас еды. Приручение различных животных, а с ними и разведение домашнего скота резко изменило весь образ жизни человека: от простого собирания «благ» дикой природы он перешел к их производству. Постепенно вместо собирания злаков он начинает их охранять, выращивать, а потом и сеять.
Десять – двенадцать тысяч лет назад с переходом к земледелию и скотоводству произошла так называемая неолитическая революция. Местом наиболее раннего ее проявления считается Передняя Азия. В этом регионе были не только необходимые дикорастущие злаки, но и животные, легко поддающиеся одомашниванию,– свиньи, козы, овцы, коровы. Сезонный сбор урожая однолетних растений вынудил человека делать запасы зерна, фуража, а отсюда и появилась возможность содержать животных. Потребовались новые орудия труда, не только каменные топоры, но серпы, мотыги, потребовались могучие быки, чтобы тянуть повозки с урожаем или перевозить домашний скарб при переселении с места на место, когда земля переставала родить. Неолитическая эволюция в течение нескольких тысячелетий распространилась по всему миру.
Используя действие огня, человек научился выплавлять из руды твердые металлы, на смену каменному веку пришел бронзовый, а за ним и железный. Неолитическая эволюция и прогресс энергетики привели к тому, что впервые в истории производство пищи и орудий труда стало постоянно превышать минимальные жизненные потребности. Появился прибавочный продукт, а с ним – собственность и государство. Уже не требовалось каждому человеку участвовать в добывании и производстве пищи. Появились квалифицированные специалисты, ремесленники, целиком занятые изготовлением определенных орудий труда и производства. Возросла роль знания, умения, специализации, расширился обмен товарами и идеями, улучшалось энергетическое обеспечение.
Изобретение колеса было одним из самых значительных изобретений этого времени (5–6 тыс. лет назад). Можно сказать, что первые государства и почти вся техническая цивилизация въехали в историю «на колесах». С их развитием потребовались новые источники энергии – простых мускульных сил не хватало. Государство, этот «аппарат насилия», позволяло решать задачу просто: заставить работать на себя другого, сделать его своим рабом, использовать его силу, брать от него больше, чем давать (таков только один из аспектов развития рабовладения – энергетический).
Мускульная сила рабов резко увеличила энергетические возможности рабовладельческих государств. Меньшинство захватило орудия производства, власть и стало эксплуатировать большинство, используя его труд и энергию,– образовались классы рабов и рабовладельцев. С помощью рабов прокладывались каналы для орошения земель и для отвода воды с затопляемых территорий. Создавались искусственные плотины, изменяющие течение крупных рек. Широко известны грандиозные сооружения, «чудо света», техники и рабовладения того времени,– египетские пирамиды. Удивляет количество труда, вложенного в них. Пять тысяч лет назад за 20–30 лет была построена одна из самых знаменитых пирамид – пирамида египетского фараона Хеопса. Ее высота соответствует высоте современного 50-этажного дома, длина 230 м. Ее возвели сто тысяч рабов из 2,3 млн блоков со средним весом 1,5 т, а некоторые – до 10–15 т. Щели между блоками меньше 0,5 см, грани пирамиды точно обращены на четыре стороны света. Какой яркий пример огромной энергетической мощности государства и... бессмысленного ее применения.
Труд рабов широко использовался в ткачестве, которое постепенно становилось одним из наиболее распространенных ремесел вплоть до создания ткацких мастерских – первых коллективов специалистов. На рабском труде было основано и тяжелое горное дело.
Рабство с течением времени стало тормозить процесс развития энергетики, как источник энергии оно изживало себя. Человек стал искать новые источники, и, естественно, что он обратил внимание на те, что всегда были перед ним: текущую воду и ветер. Мы знаем, что источником этой энергии, движителем круговорота воды и воздуха является поток солнечной энергии, но для древних людей первопричина не была особенно важной. Они уже давно эпизодически пользовались силой движущейся воды и ветра. Так мы переходим к описанию второго этапа развития энергетики, используемой человеком.
Этот этап, как и полагается по законам диалектики развития, давно вызрел в недрах первого периода. Доподлинно доказано старыми документами, что парус применялся не менее 4 тыс. лет назад, а водяное колесо, вращаемое потоком воды, насчитывает более чем двухтысячелетнюю историю.
Но широкое использование энергии воды и ветра относится к фазе повсеместного перемещения народов в Европе, к V—VII вв. н.э.
С гибелью Римской империи и с фактическим затуханием рабовладения физический труд и энергия стали цениться гораздо дороже и старая энергетическая основа – мускульная сила потеряла ведущую роль. Становление нового феодального строя связано и с развитием новой техники. Если первое документальное упоминание о водяной мельнице относится к IV в., то к XI в. их насчитывались десятки тысяч. Добавим к этому, что если лошадь в технической установке заменяла 10 рабов, то хорошее водяное или ветряное колесо – до 100. Ветряные мельницы, хотя и появились позднее водяных, тоже быстро получили широкое распространение, но из-за непостоянства энергоносителя – ветра не могли заменить более непрерывно действующие водяные. Водяные колеса совершенствовались со временем, и к XI в. для их работы использовалась даже сила приливов (в Англии, Франции и позднее, при Иване Грозном, в России, на берегу Белого моря).
Средние века как раз и характеризуются переходом от ручного производства к машинному. Создаются прядильные и ткацкие станки, маслобойные и бумагоделательные машины, металлический сельскохозяйственный инвентарь, лесопильные установки. На все это требовалось огромное количество металла, а добыча руды и угля все усложнялась. Из-за выработки древесного угля, необходимого при выплавке стали (до изобретения кокса), сводились на нет огромные площади лесов. В наиболее промышленно развитой Англии практически не оставалось лесов. Можно говорить о первом серьезном экологическом кризисе, связанном с развитием промышленности.
Но гораздо более серьезным и угрожающим был энергетический кризис. Всем новым машинам нужны были мощные, постоянно действующие движители, независимые ни от положения, ни от сезона в отличие от ветряных и водяных колес. Идея надежного двигателя недаром занимала умы мыслителей того времени.
