Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Свою мысль о временных скоплениях живого вещества Вернадский иллюстрировал данными английского натуралиста Дж. Карутерса, который наблюдал ежегодный перелет саранчи над Красным морем. Пролет стаи насекомых занимал целый день. Пространство, занятое стаей, было равно 6 тыс. км³, вес — 44 млн. т, что отвечает количеству меди, свинца и цинка, взятых вместе, которые были добыты человечеством в течение всего прошлого века.
«Что же представляет собой туча саранчи с биогеохимической точки зрения? — заключает свои рассуждения В. И. Вернадский. — Это как бы дисперсная горная порода, чрезвычайно химически активная, находящаяся в движении»[30]. До Вернадского никто из исследователей не подходил к живому веществу с такой точки зрения. Живые организмы проходили по «биологическому ведомству», и никому не приходило в голову считать живое вещество горной породой. Видимо, потому, что эта горная порода — особого рода.
Рассмотрим вкратце, в чем заключается специфика свойств живого вещества.
1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только незастывшие лавовые потоки. Они, может быть, еще более богаты энергией, но очень недолговечны.
2. Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее (в первой главе мы уже говорили, что это объясняется действием ферментов).
Президент Лондонского Королевского общества, лауреат Нобелевской премии и Золотой медали имени Ломоносова АН СССР за 1978 г. Александр Тодд пишет: «Одна из особенностей живого вещества — в том, что оно выполняет химические реакции с замечательной точностью и упорядоченностью и в гораздо менее жестких условиях, чем при производстве веществ чисто химическими методами». Для жизненных процессов характерно, что получение небольших масс или порций энергии вызывает передачу и переработку гораздо бо́льших энергий и масс. Так, вес насекомых, съедаемых синицей за один день, равен ее собственному весу, а некоторые гусеницы потребляют и перерабатывают в сутки в 200 раз больше пищи, чем весят сами.
3. Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения — белки, ферменты и пр. — устойчивы только в живых организмах (в меньшей мере это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества). Как писал Фридрих Энгельс, «смерть есть… разложение органического тела, ничего не оставляющего после себя, кроме химических составных частей, образовавших его субстанцию»[31].
Для сохранения наружного скелета иногда приходится «изворачиваться». Так, моллюски, живущие в кислых водах, в которых вещество их известковой раковины может легко раствориться, покрывают ее снаружи хитином. «Нам известно только одно состояние минерального вещества, совершенно защищенного от растворения в воде, — это состояние живого органического вещества», — подчеркивал академик В. Р. Вильямс.
4. «Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого естественного тела в биосфере»[32]. Вернадский выделяет две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается ростом организмов и их размножением и присуща всем живым организмам независимо от их систематического положения; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных, в меньшей степени — для растений).
Пассивную форму движения живого вещества удачно сформулировал Н. В. Тимофеев-Ресовский: «Одно из главных проявлений жизни состоит не в том, что нарастает масса живого, а в том, что множится число элементарных индивидов, особей. При этом некое элементарное существо строит себе подобное и отталкивает его от себя, давая начало новому индивиду». Расселение индивидов или их зачатков (например, спор, семян) в этом случае производится силами неживой природы (ветер, течение воды) или другими активно двигающимися организмами.
Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство (в пределе это — земной шар, а что касается человека, то он идет и дальше). Стремление к максимальной экспансии присуще живому веществу так же, как свойственно теплоте переходить от нагретых тел к менее нагретым, растворяемому веществу рассеиваться в растворе, а газу — распыляться в пространстве.
Вернадский называл этот процесс давлением жизни и рассчитывал его скорость по специальным формулам. Из существующих на Земле организмов наибольшей интенсивностью, размножения отличается, видимо, гриб дождевик гигантский, каждый экземпляр его дает по 7,5 млрд. спор. Если все споры пойдут в дело, то уже во втором поколении объем дождевиков в 800 раз превысит размеры нашей планеты.
Скорость размножения организмов, как правило, обратно пропорциональна их размерам. Причина этого своеобразно разъяснена в сказке народа балуба, в которой слон жалуется Сыну неба:
«Почему это другие звери, которые гораздо меньше меня, имеют много детенышей, а я только одного?»
На это Сын неба отвечает ему: «Ты съел один целое маисовое поле. Подумай сам: будь у тебя два или три малыша, что осталось бы на долю людей? Вот и хватит тебе одного детеныша».
Ситуация изложена довольно точно — с той, правда, разницей, что рождаемость у слонов лимитируется не потребностями человека, а кормовыми ресурсами биосферы.
Вторая форма движения живого вещества, которую выделял Вернадский, — активная. Она осуществляется за счет собственного передвижения организмов, расселяющихся в местах, благоприятных для их существования. У раздельнополых животных расселение осуществляется самками, приносящими потомство на новых территориях. Самцы, закрепившиеся здесь, обеспечивают встречу полов и воспроизводство рода.
5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Различие между вирусом, например, и африканским слоном много больше, чем между любыми самыми контрастными представителями неживого вещества.
Химический состав живого вещества поразительно разнообразен. Известно свыше 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества. В то же время количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет всего около 2 тыс., т. е. на три порядка меньше. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено какой-либо одной фазой состояния вещества. Тела живых организмов всегда построены из веществ, находящихся во всех трех фазовых состояниях.
Однако при всем разнообразии состава живого вещества наблюдается удивительное биохимическое единство всего органического мира Земли. Все современные живые организмы построены в основном из белков, содержащих одни и те же аминокислоты, осуществляют передачу наследственной информации по одному и тому же пути (ДНК → РНК → белок) и, более того, используя один и тот же генетический код. Установление этого единства — одно из фундаментальнейших открытий биологии нашего времени. Как писал А. Сент-Дьердьи, «человек не так уж сильно отличается от травы, которая растет у него под ногами». С детства мы помним клич Маугли, обращенный ко всему живому: «Мы с тобой единой крови, ты и я!»
6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел — индивидуальных организмов. «Живой океан» Станислава Лема (роман «Солярис») остается фантастикой. Размеры индивидуальных организмов колеблются в пределах от 20 нм у наиболее мелких вирусов до 100 м (диапазон больше 109). Самые крупные в геологической истории организмы встречаются ныне: из животных это — киты, из растений — секвойи. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются предельными возможностями их газового обмена со средой.
7. Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме — в виде популяции организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами. Казалось бы, этому противоречит наш жизненный опыт — мы знаем чистые сосновые леса, где как будто ничего, кроме сосен, не растет, видели на экранах птичьи базары (иногда там представлены птицы только одного вида — например, чайки), лежбища морских львов на пустынных побережьях арктических морей… Однако это однообразие оказывается кажущимся. В самом «чистом» сосновом лесу обитает около тысячи разнообразных живых организмов. Ведь, как пишет Виктор Астафьев, «дерево — это целый мир! В стволе его дырки, продолбленные дятлами, и в каждой дырке кто-нибудь живет и трюкает: то жук какой, то птичка, то ящерка. В травке и в сплетении корней позапрятаны гнезда. Мышиные и сусликовые норки уходят под дерево. Муравейник привален к стволу…». Лес не мог бы существовать, если бы отмирающая хвоя, листья, ветви и стволы не разлагались сапротрофными организмами и минеральные вещества не возвращались в биотический круговорот. Чайки и морские львы не могли бы жить, если бы рядом не находилась их «столовая» — море, с обитателями которого они составляют единую экосистему.
