Чтение онлайн

Естественный отбор организмов, приспособленных к среде и условиям обитания в ней, далее уже моделировал первичный сгусток жизни - живого вещества, обусловливая дальнейшую эволюцию жизни. Возьмем пример хотя бы из истории техники. Создателям бензинового мотора далеко не сразу, конечно, удалось наладить режим его работы, чтобы превращать внутреннюю химическую энергию горючей смеси (пары бензина + воздух) в тепловую, способную производить работу. Но когда мотор, засасывая регулярно "питание", ритмично заработал, он как бы "ожил". Подобно этому возникла и жизнь.

Живое и минеральное (косное) вещества находятся в природных условиях во взаимосвязи и взаимодействии в процессах жизнедеятельности автотрофных, полуавтотрофных, миксотрофных и гетеротрофных организмов. В. И. Вернадский, который был первым исследователем, обратившим серьезное внимание на геологическое значение явлений жизни, предложил понятие о живом веществе, о биосфере - области развития этого вещества с соответствующими энергетическими процессами, сопровождающими его превращения. Поверхностную оболочку Земли он предложил рассматривать не только как область распространения вещества биосферы, но и как область энергии, причем он учитывал влияние на развитие живого вещества геологических и геохимических процессов, солнечных и космических излучений. В. И. Вернадский говорил о роли лучистой солнечной энергии для существования жизни и для геологических явлений - движения воздушных масс, морских водных масс (течения), морской волны, берегового прибоя; отмечал теплорегулирующую способность водных масс морей и океанов, играющую огромную роль в явлениях погоды и климата и связанных с ними процессах жизни и выветривания; в живом веществе, совокупности живых организмов Земли, видел преобразователя лучистой энергии Солнца в химическую энергию биосферы, где в реакциях фотосинтеза создается бесконечное число новых химических соединений.

А. И. Опарин в своем замечательном труде "Возникновение жизни на Земле" нарисовал очень убедительную картину химической эволюции органических веществ, предшественников "живого вещества" В. И. Вернадского, путем трех основных типов реакций: конденсации первичных органических веществ химического происхождения, полимеризации - гидролиза, и окислительно-восстановительной реакции. А. И. Опарин создал много новых интересных представлений о возникновении жизни, но он недостаточно учитывает роли в этом процессе солнечных и космических излучений, чему В. И. Вернадский придавал большое, почти ведущее значение.

Нижнюю границу области жизни - биосферы - В. И. Вернадский определял на глубине в три и более километра от дневной поверхности. Он делал это на основании планетного значения микробного живого вещества, главным образом анаэробного (живущего в бескислородной среде), достигающего таких глубин. И на всю мощность биосферы, от этой границы в недрах Земли до нижних слоев атмосферы он распространял проявления биогенной миграции химических элементов, биогеохимической энергии организмов, которые, являясь "закономерной функцией биосферы", распределены в ней в строгой связи с ее структурой.

По состоянию знаний того времени о биохимических процессах В. И. Вернадскому о многом приходилось говорить в общей форме. Большей частью он не конкретизировал свои представления о деятельности организмов в круговороте веществ. Этой области вопросов посвятил большие труды академик А. П. Виноградов, уделивший серьезное внимание химизму организмов моря. Ему принадлежит и первая, единственная в своем роде, замечательная схема взаимосвязи между живым и минеральным (косным) веществом для условного эволюционного ряда современных организмов, приведшая его к идее "пирамиды" минерального субстрата жизни, к идее постепенной химической эволюции живого вещества, освобождения его от минерагенной части химических элементов, постепенного отхода организма от использования биогеохимической энергии и перехода к использованию энергии только биохимических превращений. Чем выше уровень химического развития живого однородного вещества, тем меньшее участие в его составе принимают минерогенные химические элементы.

Взаимосвязь жизни и среды обитания В. И. Вернадский иногда определял понятием "биокосное тело", как, например, почва, вода пресного водоема и т. д. Это области, зоны и участки биосферы, где живое вещество перерабатывает геологическую оболочку биосферы, меняет ее физические, химические и механические свойства. В связи с этим "косным" - неживым - В. И. Вернадский называл главную массу вещества биосферы, не входящую в живое вещество,- ее горные породы и минералы, химические элементы которых в процессе биогенной миграции атомов могут "входить в естественные живые тела и уходить обратно". Это проявляется в процессах дыхания, питания, размножения, выделений, свойственных живому веществу, которое он считал "закономерной функцией" биосферы, подчеркивая постоянную теснейшую связь между организмом и средой, что, как он отмечал, "не всегда правильно учитывалось" исследователями. В. И. Вернадский отмечал, что биокосные тела характерны для биосферы. К ним он относил, в частности, и зону выветривания горных пород, которое считал биокосным процессом, подчеркивая биогеохимическую природу разрушения горных пород в коре выветривания.

Мы поставили перед собой задачу проследить влияние живого вещества на минеральное - косное, на основании прежних и новых данных о породо- и рудообразующей деятельности ископаемых автотрофных организмов. Новые материалы повлекли за собой новые выводы, частью очень интересные, касающиеся ряда смежных научных дисциплин. В связи с этим возникла и неотложная необходимость внесения существенных поправок в некоторые взгляды, а именно по вопросу происхождения некоторых горных пород и минералов. Но следует при этом отметить, что наши представления о связи живого и минерального вещества в природе не выходят за общие рамки, гениально очерченные В. И. Вернадским. Мы можем предложить лишь ряд конкретных представлений о некоторых биокосных телах, телах, сложенных живым и минеральным веществом.

Коснемся теперь более детально организмов - концентраторов минерального вещества, минерогенных элементов, косного вещества, расположенных в основании "пирамиды" А. П. Виноградова. Их существовало и существует в природе множество. Есть концентраторы специализированные - автотрофы и работающие биогеохимически, так сказать, "по совместительству" - миксотрофы.

Алюминий химически осаждается в слизистой оболочке бактериями, например рода кренотрикс, содержащими его до 17,7%. Кремний усваивается диатомеями, кремневыми губками и др. Кальций осаждается разнообразными водорослями (синезеленые, красные, харовые и др.). Водоросли осаждают карбонат кальция, поглощая СО2 и Са(НСО3)2. Известен вид бактерий, осаждающих СаСОэ внутри клетки. У других карбонат кальция выделяется в виде кристаллов при распаде их клеточного вещества. Кальций в огромных количествах, как это хорошо известно, потребляют и позвоночные животные, строящие из фосфатов кальция и кальцийорганических соединений свой скелет и различные части организма.

Магний накапливается литотамниями, некоторыми мшанками и др.

Железо, кроме представителей железобактерий, усваивается многими представителями водорослей. По существу оно используется всем миром животных.

Марганец усваивается целым рядом марганцевых организмов, такими как лептотрикс, некоторыми диатомовыми.

Фосфор, в виде фосфатов, отмечался В. И. Вернадским в составе раковин лигнул - брахиопод с роговой раковиной. Роль бактерий в его накоплении ранее исследователями не учитывалась.

Сера является источником энергии для колоссального количества организмов различного систематического положения, от бактерий (тионовые, пурпурные и др.) до высших организмов, поскольку сера непременная составная часть белка.

Из упомянутых организмов для нас особо интересны автотрофные, к которым В. И. Вернадский относил такие организмы, которые "берут все нужные им для жизни химические элементы, в современной биосфере, из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма". Среди автотрофов он различал две группы: зеленые хлорофильные организмы - "главный механизм биосферы, создающий фотосинтезом органические тела", "источник действенной химической энергии биосферы" - и мир автотрофных бактерий.

Массу зеленых автотрофов В. И. Вернадский считал количественно близкой к половине животного живого вещества. Важно отметить, что количество живого вещества, собранное в форме автотрофных бактерий, он считал гораздо меньшим. Об этих бактериях он говорил, что они рассеяны всюду: в почвах, иле водных бассейнов, в морской воде,- но что "нигде нет тех их количеств, которые были бы сравнимы с количеством автотрофной зелени суши, не говоря о зеленом планктоне океана".

Он признавал при этом, что "геохимическая энергия бактерий гораздо выше той же энергии зеленых масс... является максимальной для живых существ". Причину же "малого скопления" живой материи в этой форме он считал связанной с недостаточными количествами находящихся в биосфере не вполне окисленных и неокисленных соединений азота, серы, железа, марганца, углерода. По его мнению, автотрофные бактерии находятся ныне в состоянии непрерывного недостатка пищи, "недоедания". Он отмечал своеобразное "вторичное равновесие между бактериями, восстанавливающими сульфаты и их окисляющими, как это, например, наблюдается в озерных грязях, сырых почвах, морской воде. Такое же равновесие он отмечал между бактериями, окисляющими азот, и гетеротрофами, раскисляющими нитраты. Поэтому главную массу живого вещества В. И. Вернадский считал сосредоточенной в освещенной Солнцем части нашей планеты, где собраны гетеротрофные организмы и автотрофные бактерии, тесно связанные с продуктами жизни зеленых организмов и свободным кислородом. Из этой зоны автотрофы проникают и в темные области биосферы, где нижнюю границу для анаэробов он определял до глубины в 500 м и где размах их жизнедеятельности считал ограниченным.