Ю. Колесник - Современное состояние биосферы и экологическая политика
Глава 2
В. И. Вернадский о биосфере и «живом веществе»
2.1. Определение и понятие «живого вещества»
Как отмечалось выше, центральным звеном учения В. И. Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе. Не является исключением из этого правила и человек, влияние которого на биосферу сравнимо в настоящее время с природными процессами. В отличие от других живых организмов воздействие людей на биосферу характеризуется:
♦ своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени;
♦ тем воздействием, какое их деятельность оказывает на остальное живое вещество.
Это создание многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных, которые в естественных, природных системах не способны к длительному существованию. Они полностью зависят от человека. Только некоторые из них, уходя от человека, способны к одичанию. Поэтому В. И. Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества, состоящего из всех живых организмов и находящихся в неразрывной связи, как работу единого целого.
В процессе становления живой материи у нее были выработаны отличительные особенности ее строения и функционирования, которым, по мнению В. И. Вернадского, не уделялось особого внимания в прошлом. Здесь, в первую очередь, имеется в виду следующее:
1) открытие Пастером факта преобладания оптически активных соединений, связанное с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
2) недооценка вклада живых организмов в энергетику биосферы и их влияния на неживые тела.
Вернадский подчеркивал:
«Биосфера не есть только так называемая область жизни. Это резко сказывается на ее веществе. Вещество ее состоит из семи глубоко разнообразных частей, геологически неслучайных» (цит. по: Тюрюканов, 1990, с. 30–31). Так, в состав биосферы входит живое вещество, разнообразные неживые тела, которые он называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), биогенное вещество, радиоактивное, рассеянные атомы и вещество космического происхождения. Также здесь присутствуют и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но по эффекту преобразования вещества и энергии, взятому в масштабе геологического времени, она огромна. Практически в биосфере все атомы подавляющего числа элементов периодической системы Менделеева прошли в своей истории через состояние живого вещества. Вот почему, создав биосферу, живое вещество так преобразило лик Земли, что имеются все основания говорить об уникальности нашей планеты среди других планет Солнечной системы, а то и большей части планет нашей Галактики.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках ее целостной системы. Поэтому не случайно В. И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Согласно имеющимся оценкам (в разных источниках отличия небольшие) биомасса единовременно живущих организмов на Земле составляет 2,423 1012 т. На долю водных организмов приходится 0,003 1012 т, а растений-фотосинтетиков – 2,4 1012 т. Биомасса вторичных организмов составляет 0,023 1012 т. В настоящее время на Земле существует около 3,5 млн биологических видов, из них на долю растений приходится около 500 000 видов, а насекомых – 10 000 000 (Тюрюканов, 1990, с. 32–33). Эти цифры не окончательны, но именно это биоразнообразие на протяжении многих веков обеспечивает оптимальные условия для существования многих организмов (включая и человека). Вот почему так важно сохранить его уникальность в будущем. Обоснование этому можно найти в исследованиях как наших, так и зарубежных ученых.
Как уже отмечалось, огромное влияние на существование биосферы и происходящие в ней биогеохимические процессы оказывает астрономическое положение нашей планеты. Удачное ее расположение по отношению к Солнцу, наклон земной оси к плоскости орбиты (66 33'), устойчивое вращательное движение вокруг оси создали тем самым день и ночь, что явилось основным условием появления на Земле умеренного климата и биосферы. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Светило дисциплинирует движение планет, а его активность порождает 11-летние и более длительные циклические колебания земных процессов.
В чем же отличие живого вещества от косного?
1. Изменения и процессы в живом веществе происходят с большей скоростью, чем в косных телах. Следовательно, для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени.
2. В ходе геологического времени на планете постоянно происходил процесс смены старых и появления новых видов живых организмов, которые вносили свой вклад в становление современной биосферы.
В конце кембрия на Земле исчезло 52 % таксонов, в конце девона – 30 %, в конце перми – 50 %, в конце триаса – 35 % и в конце мела – 26 %. Согласно научным публикациям (Галанин, 2001, с. 20), катастрофические изменения в биосфере Земли (резкое уменьшение ее биоразнообразия) происходили примерно на границе галактических годов (галактический год равен приблизительно 250 млн лет). Это – 650,435, 220 и 50 млн лет назад. В другие годы также регистрировалось вымирание видов, но меньшее по масштабу.
Крупные новые таксоны возникают на базе ароморфозов. Механизм вымирания многих видов состоит в том, что «…в эпохи катастроф в живом мире происходят ароморфозы, а в спокойные эпохи – идиоадаптации. В результате идиоадаптаций на Земле появляется большое количество видов, жестко приспособленных к узким экологическим нишам. Именно такие виды быстро вымирают» (Галанин, 2001, с. 51). В геологическом времени они представляются короткосуществующими видами.
3. Живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней. Согласно Ч. Дарвину, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции. Приспособившись к новым условиям, животные или растения уже не могут вернуться, хотя бы частично, к прежнему состоянию, которое пройдено рядом их предков. Так, вторичноводные животные – киты, ластоногие, освоив водную среду, не превращаются в рыб и не приобретают признаков, свойственных рыбам. Здесь действует закон необратимости эволюции, или «закон Долло».
В. И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Одновременно с наращиванием мощи живого вещества в биосфере происходило формирование новых ее компонент – почвы, нефти, углей, газа и других сфер. Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникают вопросы:
♦ есть ли такое начало у жизни?
♦ если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе?
♦ может ли возникнуть живое из неживого?
Попробуем на них ответить в следующем разделе.
2.2. Гипотезы возникновения жизни на Земле
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие мыслители: религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. Не имея глубоких научных данных, они вынуждены были строить самые фантастические гипотезы.
Вплоть до XIX в. считалось, что живые организмы могут появиться в гнилом мясе, в сенной настойке, в мясном бульоне и т. д. (теория самопроизвольного, спонтанного зарождения жизни). Опроверг эти взгляды итальянский биолог и врач Ф. Реди, который на основании проведенных экспериментов установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гнилом мясе, – это личинки мух. Поэтому, согласно его мнению, жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Окончательную точку в этих спорах поставил Л. Пастер. На основе известных опытов он показал, что никаких организмов ни в бульоне, ни в других питательных средах появиться не может.
Предлагался еще ряд теорий – стационарного состояния, панспермии и биохимической эволюции. Наиболее убедительной является последняя теория, разработанная А. И. Опариным и Дж. Холдейном в 1924-27 гг. Эту теорию можно сформулировать в виде следующих постулатов:
1) жизнь является одной из стадий эволюции Вселенной;
2) возникновение жизни есть результат предшествующей ей химической эволюции;
