Земля и жизнь - Александр Вологдин

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).

Растение, получая энергию солнечных лучей извне, использует ее на разложение воды, на ассимиляцию углекислоты из атмосферы, на построение из синтетически создаваемых углеродных соединений нужных веществ в процессе своего роста и размножения. Клетка железобактерии, ассимилируя из среды растворенные в ней закисные соединения железа или марганца, окисляет их в окисные соединения, выделяющиеся в твердом виде или в состав среды, или на поверхности клетки в виде чехла. Ржавая железистая вода есть результат растворения и окисления железа бактериями "ржавчины" (в технике это называется коррозией металлов). Такие организмы, использующие неорганические соединения для своего существования, называются автотрофами. Организмы, питающиеся органическими соединениями, как, например, гнилостные бактерии, а также животные называются гетеротрофами.

В. И. Вернадский выделял также промежуточный тип существ - миксотрофы - организмы, способные питаться за счет неорганических и органических соединений. Можно полагать, что морской моллюск - устрица, способная при весе тела около 40-50 г накапливать за несколько лет оболочку из углекислого кальция (раковину) весом до 3 кг, принадлежит именно к миксотрофам. У всех организмов важная роль принадлежит оболочке. Сквозь оболочку внутрь организма проникают вещества из среды, если они внутри него отсутствуют. Из организма выводятся через оболочку вещества, содержание которых в среде более низкое.

Первичный белковый комочек мог стать живым организмом лишь во взаимодействии с энергией, поступавшей извне или образовывавшейся внутри него. Первое имеет место у зеленых автотрофов - всех растений Земли, второе - у других организмов. Существование первичных сгустков только из белковых соединений, ставших организмами, в мировом древнейшем океане или в древнейших почвах на суше маловероятно. Несомненно, имелась, как и теперь, переходная - вирусоподобная, "ультрамикробная" стадия с весьма менявшимися свойствами, сходная то с организмами, то с мертвой материей. Ведь известны вирусы кристаллизующиеся, способные переносить и крайне низкие и высокие температуры и т. д. Для белка же 60°С - предел, при котором он свертывается и ни к какой жизнедеятельности уже не способен. Веществом первичных "вирусов" - пробионтов, зародышей первичной жизни в геологическом прошлом, могли быть различные металлоорганические соединения, каких в природе существует бесчисленное разнообразие. Как известно, они образованы при участии ряда металлов из группы "биофильных". При этом роль атомов металлов в сложных металлоорганических соединениях - служить мостиками, связями между частицами органических соединений, вследствие чего молекулы металлоорганических соединений могут быть весьма сложными и обладать разнообразными свойствами.

Известно, что бактерии, в частности "железные", способны к жизнедеятельности в определенном температурном диапазоне, в котором они действительно процветают, интенсивно размножаются. Следовательно, температура среды в какой-то момент "поджигает" жизненный процесс. Вещества, извне поступающие в клетку, развязывают внутренние силы, как бы служа для них запалом, стимулятором. Так, бактерия может из недеятельного состояния перейти в деятельное. Так могли возникать и многообразные первичные организмы. Удачно создавшиеся - существовали, неудачные - исчезали в средах далекого прошлого Земли, способствуя накоплению органического и минерального вещества в водных бассейнах и в осадках. Наладившийся обмен веществ означал жизнь, нарушившийся - гибель.

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.