Земля и жизнь - Александр Вологдин

Естественно, что почвы обычно являются местообитанием огромного многообразия микроорганизмов, среди которых много различных бактерий, грибов, водорослей и простейших животных, создающих почву и использующих ее как среду своей жизнедеятельности. О присутствии почвенного покрова на выступах суши в геологическом прошлом, если не сохранились сами почвы или вообще кора выветривания горных пород в зоне контакта с атмосферой, могут говорить массы обломочного материала наземного происхождения, снесенные водами в бассейны и превращенные затем в те или иные скальные породы (песчаники - в кварциты, глины - в глинистые или кристаллические парасланцы, галька - в конгломераты). Чистота их сортировки, однородность формы частиц и характерный минеральный состав могут служить признаками активного хода процессов почвообразования на суше. Поэтому очень интересно и важно, что эти признаки характерны для древнейших осадочных пород. Песчаники или образовавшиеся из них кварциты обнаружены даже в составе пород архея, так же как и мраморизованные известняки и превращенные в кристаллические сланцы песчано-глинистые породы.

Поскольку преобразование многих минеральных веществ в биосфере происходит с выделением свободной энергии, то в почвенных условиях эта энергия поддерживает жизнедеятельность организмов. В далеком геологическом прошлом в особых физико-химических условиях именно эта обстановка могла быть наиболее подходящей для возникновения примитивных форм жизни и их развития.

Таким образом, почвы - это микробиологическая лаборатория природы. По продуктам процесса породообразования мы можем судить и о наличии почвенного населения в определенные геологические эпохи. Имеются данные о существовании почвенных бактерий и, возможно, почвенных водорослей уже в позднем архее, не говоря уже о протерозое, когда почвенные процессы, несомненно, захватили обширные выступы суши. Наличие в составе древнейших обломочных пород сероцветов или зеленоцветов указывает на преимущественный восстановительный характер как на суше, так и в бассейнах. Как известно, продукты перемыва некоторых вулканогенных пород докембрия часто бывают выражены так называемыми серыми вакками, в которых встречаются и мало измененные первичные материалы материнских пород (базальтов). Такие породы указывают на времена и области преобладания физических агентов почвообразовательного процесса.

Что касается железосодержащих и марганецсодержащих минералов коренных пород суши, то их разрушение из химических агентов идет наиболее активно под действием углекислоты с образованием растворимых в водах бикарбонатов, которые легко разрушаются и в почвах и в бассейнах биосферы деятельностью разнообразных железобактерий. Поэтому состав и сложение осадочных пород, сформировавшихся в водных условиях, могут указать на характер обстановки на смежных выступах суши и на деятельность тех или иных организмов в геологическом прошлом.

Возникновение первичного живого вещества на Земле на основе запасов разнообразных углеродных соединений биосферы сопровождалось вовлечением в круговорот жизни косного вещества земной коры и атмосферы с использованием энергии его превращений. Энергетический процесс, который возникал в минерало-органических веществах, оформленных в мельчайшие каплеобразные тела, проявлялся сначала как вспышка, как взрыв. Позднее он стал принимать более спокойное течение. Жизнь, загоревшаяся, как искры света во тьме, то вспыхивала, то угасала, то, получив достаточный приток "пищи", снова становилась устойчивой и "горела" ровным маленьким пламенем.

Энергетические процессы, происходящие внутри живого организма, идут на более высоком качественном уровне, чем явления неживой природы. Обмен веществ, являющийся источником энергии, если она не поступает извне в форме световой или тепловой, приводит к получению энергии при окислительных процессах, с превращением ее в химическую, механическую и электрическую. По мнению Н. Г. Холодного, основным источником энергии в обмене веществ служит водород. Углерод окисляется косвенно в процессе последовательной отдачи водорода, присоединения частицы воды, новой отдачи водорода и т. д. Характерно, что отнимаемый от окисляемого вещества водород соединяется с кислородом и освобождает весь свой запас химической энергии не сразу. Он проходит через систему промежуточных переносчиков, от одного соединения к другому. Отдавая электрон, водород переходит в ионную форму и, наконец, соединяясь с кислородом, образует воду.

Поскольку многие виды окислительных процессов, происходящих в природе, действительно проявляют свечение (светящиеся бактерии, светящаяся в темноте гниющая древесина), возникновение жизни в первичных сгустках - "коацерватных каплях" А. И. Опарина - действительно можно уподобить искрам света, бесчисленным огонькам, загорающимся в природе, то быстро угасающим, то постепенно разгорающимся все сильнее и сильнее.

Нельзя не отметить роли тепловой энергии, возникающей при процессах обмена. Нередко эта энергия бывает избыточной, излишней для биохимических процессов организма. Она выделяется в среду обитания, которая при этом претерпевает нагревание (окисление серных руд в штабелях, пирита и марказита в углях и в штабелях, гниение сена, "созревание" торфа в торфяниках и т. д.). Это явление ведет к обособлению деятельности так называемых "термофилов" (теплолюбивых организмов), хотя изменение обстановки может в действительности идти лишь в сторону уже чисто химических процессов во вред упомянутым организмам. Так, организмы, возникшие при соответствующем составе и особенностях среды, влияют на нее и подвергаются при этом изменениям под влиянием ими же вызванных изменений последней.

Раз появившись и приобретя способность к воспроизводству новых поколений, жизнь стала быстро завоевывать среды всех типов. Используя запасы углеродных соединений земной коры, живое вещество - новый геологический фактор - быстро поглощало их. Поэтому на Земле могла быть только одна эпоха возникновения жизни, так как это был определенный этап в развитии вещества планеты, больше никогда уже не повторявшийся.

В сферу жизнедеятельности организмов, возникших на основе минерало-органических соединений, с качественно новыми отношениями их со средой, были вовлечены элементы, которые до того были недоступными; поле деятельности организмов быстро расширилось. Расселяясь, организмы стали осваивать все новые и новые места обитания: все более глубокие зоны морей, всю поверхность суши, от низин до высот, а также и недра Земли. Таким образом, первый и главный слой жизни, несомненно, расширяясь, быстро охватил выше и ниже лежащие зоны и превратился в биосферу, размер которой по вертикали стал измеряться километрами.

Так жизнь как энергетический процесс стала на Земле неотделимой от минерального вещества, стала неотъемлемой частью природы, планетарным явлением. Подчиняясь до известного предела условиям среды своего развития, она вносила, как вносит и теперь, часто значительные изменения в состав и свойства среды. Жизнь расширила круг химических процессов на Земле, добавив к нему огромное разнообразие биохимических реакций. Жизнь с самого начала стала осуществлять разнообразную огромную и все увеличивающуюся породообразующую геологическую работу. Она стала играть все большую роль в формировании пород, ландшафтов и самой среды.

По мнению Г. Лиса, первичные организмы, обитавшие в условиях атмосферы, содержавшей углекислоту и лишенной кислорода, в средах, бедных органическими веществами, могли иметь источником жизненной энергии только свет. Поэтому этот исследователь полагал, что первыми живыми существами на Земле были фотосинтезирующие организмы, которые жили в анаэробных условиях, пока в результате того же фотосинтеза не создался в биосфере и запас кислорода и органических веществ. Следует отметить, что хлорофилл, зеленый компонент живого вещества фотосинтезирующих организмов, по своей конструкции стоит на уровне аминокислот и потому мог быть действительно одним из древнейших белковых соединений в природе.

Фотосинтезирующие бактерии имеют в своем составе красящие вещества - пигменты, близкие к хлорофиллу растений. У бактерий, выращенных в темноте, эти пигменты не образуются. Бактериальный хлорофилл представляет собой различные близкие по составу пигментирующие вещества, каждое из которых, свойственно соответствующим группам бактерий - пурпурным, серным и несерным, зеленым серобактериям и др. Схема процесса фотосинтеза у таких бактерий имеет следующий вид:

Фотосинтезирующие бактерии выделяют в составе среды не молекулярный кислород, а группы ОН. Это приводит к окислению в среде их обитания некоторых восстановительных веществ - сероводорода, серы водорода. Как мы отмечали, водородом древняя биосфера была богата.