Земля и жизнь - Александр Вологдин

Вещество биосферы В. И. Вернадский делил прежде всего на две крупные категории: "живое" вещество (совокупность всех живых организмов), богатое действенной энергией, и "косное", действенная радиоактивная и химическая энергия которого в подавляющей ее массе, в ходе исторического времени, ничтожна. Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. В. И. Вернадский поэтому считал, что "живое вещество есть самая мощная геологическая сила биосферы, растущая с ходом времени (разрядка моя - А. В.). Оно не случайно и независимо от нее, в ней живет, она есть проявление физико-химической организованности биосферы".

Обратимся к рассмотрению тех химических элементов, которые являются общими как для живого вещества природы, так и для косного. Эти общие элементы, поскольку они являются основными компонентами веществ - носителей жизни, называются биофильными. Их не так много, хотя вообще в состав живых тел входит много десятков других элементов, но обычно в ничтожных количествах.

Биофильные элементы следующие: углерод, азот, водород, кислород и сера. Как выяснено, "биофильные" свойства этих элементов нужно понимать и рассматривать с оговорками. Суть в том, что почти все известные химические элементы оказались смесями изотопов, почти не отличающихся друг от друга по своим химическим и физическим свойствам. При этом не все изотопы элементов, упомянутых выше, имеют равное отношение к процессам жизни.

Стремление понять вещественный состав Земли, прежде всего той ее части, которую называют биосферой, привело исследователей - химиков и минералогов, а также и геологов - к изучению распространения химических элементов в природе, в земной коре, к поискам закономерностей на основе геологической карты.

Геологическая карта призвана показать распространение тех или иных горных пород по их выходам на дневную поверхность и искусственным выработкам и буровым скважинам, с указаниями на их геологический возраст и вещественный состав, на различные взаимоотношения этих пород.

Для пород земной коры было очень важно учесть распространение в ней химических элементов. В результате трудов В. И. Вернадского, Ф. У. Кларка, А. Е. Ферсмана, их учеников и последователей возникла и непрерывно расширяется таблица количественной распространенности химических элементов, или, как говорят геохимики, "кларков" элементов. Отсюда возникло представление о среднем составе земной коры, на фоне которого местные более высокие или более низкие концентрации представляли практический или научный интерес. Высокие концентрации практического значения - это месторождения полезных ископаемых. Поэтому геохимия оказывает помощь практической геологии, на материалах которой она развивалась и развивается, дополняя ее специальными исследованиями.

Крайне важно, что в то же время родилась идея об эволюции вещества земной коры. В. И. Вернадский высоко расценивал работы в этом направлении, имея в виду возможность глубокого изучения вещества Земли и полагая, что химический атомный состав его не есть случайное явление, что он связан с многообразными свойствами атомов в физическом поле, прежде всего в энергетическом - термодинамическом.

Количественные отношения атомов Земли были отражены в так называемой таблице Филипса - Кларка - Фохта. Она показала, что атомный состав Земли тождествен составам поверхностных слоев звезд и Солнца.

Живые организмы В. И. Вернадский не считал в основном углеродными. Он полагал, что с геохимической точки зрения живое вещество есть кислородное вещество, богатое углеродом, и лишь иногда оно является углеродистым и содержит более 10% углерода по весу. Значение углерода в живом веществе, в организмах, не объясняется его количеством, но есть функция его химических свойств.

Замечательную особенность взглядов В. И. Вернадского составляет единство его подхода к представлениям об элементарном составе живой и косной природы. Выяснилось, что элементы, слагающие тела организмов, свойственны природе вообще, не только живому, но и косному ее веществу, в частности минеральному. Отсюда естественным было категорическое признание постоянства химического облика земной коры в течение геологического времени, признание того, что "средние количества и состав живого вещества оставались приблизительно одинаковыми в течение всего этого непостижимого по длительности времени". Поэтому он признавал, что количество живого вещества, по-видимому, является планетной константой (постоянной величиной) со времени архейской эры, т. е. за все течение геологического времени.

Следует отметить, что и ранее некоторые мыслители, в частности в XVII в. Ж. Бюффон, высказывались за идею об относительной неизменности количества живого вещества. Между тем и в настоящее время нет точных данных об изменениях количества живого вещества во времени и потому решение этого вопроса пока оказывается невозможным.

Рассматривая элементарный состав живого вещества, В. И. Вернадский разбил элементы в зависимости от их распространения на декады:

В составе тел всех ныне живущих организмов мы находим кислород, водород, серу, азот и в особенности углерод. Эти элементы и ряд других, присутствующих в меньших количествах, железо, марганец, медь, образуют простые и сложные химические соединения, главнейшими из которых являются белковые. Из простых соединений следует отметить воду, углекислоту, метан, угарный газ, закись азота и другие, свойственные, оказывается, не только живым организмам, но и так называемой "мертвой природе".

Упомянутые элементы и их простые и сложные соединения слагают тела организмов, но все они также свойственны и окружающей их среде. Элементы и соединения извлекаются организмами из среды с образованием нужных им веществ для построения соответствующих клеток и тканей, а затем в процессе обмена со средой и после смерти организма они возвращаются снова в состав среды.

Таким образом, органическая жизнь базируется на химических элементах и соединениях, являющихся общими и для нее и для окружающей "мертвой природы". Отсюда возникает один из важнейших законов биологии - "единство среды и жизни", прежде всего в вещественном понимании.

Основной признак каждого живого существа - способность усвоения соответствующих элементов и веществ природы - способность к ассимиляции. Ф. Энгельс считал ассимиляцию существенной функцией жизни.

Элементарное вещество, обусловливающее жизнь,- белок, или комплекс белковых соединений. По Ф. Энгельсу, белок - совершенно бесструктурное вещество, обнаруживает все основные свойства жизни, осуществляемой путем ассимиляции: пищеварение, выделение, сокращение (раздражимость, реакцию на раздражение), размножение. Великий мыслитель считал, что должны были пройти тысячелетия, пока не создались условия, необходимые для следующего шага вперед, когда из этого бесформенного белка благодаря образованию ядра и оболочки возникла клетка. Он полагал, что сначала возникли бесконечные количества бесскелетных бесклеточных и клеточных протистов (простейших), о которых говорит наука палеонтология и которые преобразовались постепенно в первые растения, в первых животных. В настоящее время на первом месте в этом перечне мы ставим микроорганизмы - бактерии и близкие к ним формы жизни.

Сущность связи организма со средой состоит в энергетике. Всем организмам свойственно постоянное извлечение из среды энергии, которая затем используется организмом в его многообразных функциях, прежде всего на построение его тела, на движение. Питание в общем смысле и есть тот путь, который позволяет организму постоянно и непрерывно пополнять запас энергии, и как только приток энергии по каким-либо причинам прекращается - организм погибает. В древнейших водных бассейнах или во влаге древнейших почв на суше, где возникали и развивались наидревнейшие формы жизни, она могла развиться путем усвоения в основном неорганических веществ, которые оказывались способными к окислению их несвободным или свободным кислородом. Это могли быть углекислота, метан, соли, растворенные в воде, которые, попав в организм, способны были окисляться, причем выделялась свободная энергия (тепловая и химическая), а продукты окисления или шли на построение тела и его оболочки, или извергались обратно в состав среды, где они чаще шли в осадок, на дно. Накопление органических веществ, развитие органической жизни обусловило и другой путь извлечения свободной энергии - окисление органических веществ, относительно более эффективное в энергетическом отношении, чем окисление неорганических соединений.

Как известно, академик А. И. Опарин создал гипотезу происхождения жизни на Земле именно на основе представлений о первоначальном уплотнении органических соединений на Земле, возникших химическим путем, до образования белка. Белок сгустился в капли - коацерваты, которые, усваивая тоже белковые соединения среды, стали первыми живыми клетками. Не исключается, что жизнь, массово и беспорядочно, удачно и неудачно, возникавшая и отмиравшая, шла и тем и другим путем, а также и промежуточным, т. е. с одновременным использованием и неорганической и органической пищи (миксотрофы).