big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Распространение живого вещества в биосфере и геохимическое значение размножения организмов

Распространение живого вещества на земной поверхности — одно из самых удивительных и исключительных его свойств — является как бы отблеском его газообразного происхождения. Мы не видим ничего подобного этому явлению в косной материи, исключая газообразное ее состояние. Эта аналогия логически правильна, она связана, по-видимому, с тем, что в обоих случаях мы изучаем статистические явления; законы газов и размножение организмов имеют много общего.

Мы представляем себе распространение газообразных масс, их упругость, как результат беспорядочных самопроизвольных движений их молекул, могущих быть остановленными внешней силой, превосходящей совокупную силу движения множества этих телец. Если бы этой внешней силы не существовало, через некоторое время газы наполнили бы все данное пространство.

То же самое явление наблюдается в живой природе, в совокупностях организмов. Если бы не существовало непреоборимых препятствий, живое вещество наполнило бы через известное время самопроизвольным движением своих «молекул» — неделимых — все данное пространство. А при существовании препятствий живое вещество производит давление, аналогичное давлению газов.

Есть характерная особенность в этом давлении, связанная с особым состоянием неделимых, строящих живое вещество, лишь отчасти аналогичных молекулам газов. Давление живого вещества выражается не только в их движении, но ив свойстве их поколений изменяться, отсутствующем в косной материи,— в приспособляемости организмов.

В продолжение геологического времени живое вещество медленно приспособляется — делает усилия и часто с успехом преодолевает препятствия своему распространению, само соответственно изменяясь.

Существует другое, очень определенное и столь же важное различие между массами газов и массами живых веществ. Количество молекул для данной массы газа неизменно, тогда как количество организмов для живого вещества изменчиво, и «давление» живого вещества может оставаться неизменным в данном пространстве, несмотря на увеличение внешнего давления (внешних препятствий). Это «давление» организмов есть функция воспроизведения — размножения, характерного свойства живого вещества, которое для нас, как это хорошо выразил Д. Гальдан, «не проблема, а аксиома». Масса живого вещества в данном объеме может расти до известного предела, и соответственно растет и его «давление». Мы имеем здесь некоторую аналогию созданию, рождению газообразных тел при радиоактивном распаде элементов.

К сожалению, эта область знания, значение которой, очевидное с давних пор, не возбуждает никаких сомнений, находится в своем научном изучении в начальной стадии развития.

Несмотря на это, целые поколения ученых оставили здесь следы своих мыслей. Изучая историю развития научных идей, мы находим выражения глубоких и разнообразных представлений, относящихся к распространению жизни везде, к захвату ею всей поверхности планеты. Обычно эти мысли еще не облечены в конкретную научную форму, но находятся в состоянии смутных интимных чувств. Они, несомненно, составляют основу понимания природы — «чувства» природы — уже для нескольких поколений натуралистов. Человек лишь постепенно понял мировое распространение жизни на земной поверхности. Только в конце XVIII в., когда великие исследования лика Земли, возобновленные с такой энергией в эпоху Возрождения, привели к нашему современному представлению о мире, поняли, что жизнь находится всюду на Земле. Всюдность жизни есть эмпирическое обобщение, не подлежащее никакому другому доказательству. Объяснения ей мы дать не можем, так как всякое объяснение неизбежно приводит к утверждению, что она является неизбежным проявлением основных свойств живого организма — его размножения. Всюдность можно свести к энергетике организма, но это не меняет сути дела.

В действительности сознание такого свойства живых организмов представляет реальную, хотя и невысказываемую основу всех наших биологических концепций.

В конце XVII в. смогли впервые наблюдать до тех пор человеческому глазу невидимую жизнь — жизнь микроскопических существ. Это открытие А. Ван-Левенгука (1632—1723) произвело тогда в науке глубочайшее впечатление. Оно дало новый импульс идее о повсюдности жизни.

Но лишь XIX в. позволил нам глубже постигнуть ее всеобщность. Открытие жизни в морских глубинах дало понятие об ее количестве. Изучение микробов удивительным образом углубило старые представления микроскопистов и еще более старые интуиции эмпириков — врачей и геологов.

Я думаю, что не смогу дать лучше почувствовать идею о распространении и о всеобщности жизни, как приведя подлинные слова трех великих натуралистов XIX в., высказанные еще задолго до открытия мира микробов и жизни в глубинах океана. Они выразили независимо друг от друга и почти одновременно, с большой глубиной, мысль о повсюдности жизни, эту столь плодотворную идею о живой природе, как бы основной реальности космоса. Эти три великих натуралиста излагали свои мысли вне стен лабораторий и институтов, среди тишины природы, вдали от людей.

Первый из них, немецкий ученый Александр фон Гумбольдт, писал в новом (1826) издании своих «Картин природы» после открытия Эренбергом повсюдности микроскопической (не микробной) жизни: «Когда человек вопрошает природу со свойственным ему острым любопытством или в своем воображении измеряет широкие пространства органического творения, самое могучее и глубокое из всех испытываемых им волнений — это чувство, пробуждаемое в нем полнотой жизни, повсеместно развитой...» «Всюду, куда наблюдатель ни бросит свой взгляд, он видит жизнь или зародыш, готовый ее воспринять».

Другой ученый, русский и немец, наш академик, великий натуралист и мыслитель К. М. фон Бэр, человек лаборатории и микроскопа, в 1838 г. впервые увидевший девственную полярную природу Новой Земли, писал: «На какой бы точке поверхности планеты мы ни обитали и куда бы ни бросили взоры, мы видим распространение органической жизни всюду, куда человек может проникнуть. И если до сих пор не удавалось достигнуть полюсов наблюдения, сделанные в высоких широтах, до каких только возможно было дойти, позволяют нам с уверенностью утверждать, что и на полюсах мы не найдем пределов жизни, отделяющих ее от царства вечной смерти».

И почти в то же время, в 1833 г., третий ученый, Ч. Дарвин, отметил в своем дневнике в Южной Америке на берегу соленого озера близ Эль-Кармена: «Да, несомненно можно утверждать, что все страны света доступны для жизни. Озера с пресной водой подземные озера, скрытые в недрах вулканических гор, источники горячих минеральных вод, глубины океана, верхние области атмосферы, поверхность самих вечных снегов, — всюду мы находим организованные существа».

Мы выражаем эту повсюдность, распространенность жизни именем, данным Э. Зюссом верхней земной оболочке: «биосфера», сфера жизни.

Распространенность жизни является следствием двух прямо не связанных явлений: 1) движения отдельных «неделимых» элементов живого вещества — организмов; это автономное движение врожденное свойство организма, и 2) глубочайшей тайны жизни: размножения организмов, увеличения и обновления массы живого вещества.

Не углубляясь в этот вопрос (что я делаю в другом месте), я хочу только отметить некоторые геохимические последствия размножения и движения, совершаемого этим путем организмами в биосфере.

Вся земная поверхность благодаря размножению организмов покрыта тонким подвижным слоем живого вещества. В химическом отношении этот слой живого вещества состоит из закономерной смеси бесчисленного количества тел, составленной из автономных неделимых, между которыми существует энергичный химический обмен. В этом живом веществе преобладают два газа — кислород и угольная кислота — и вода, белки, углеводы, жиры. Во многих случаях в нем находятся большие количества входящих в неделимые, проникнутых органическим веществом опалов, карбонатов, фосфорнокислого кальция. Часто, но не всегда преобладают органические соединения; количество воды колеблется между 60 и 90%. Это живое вещество образует обыкновенно тонкий слой, оно наполняет все водовместилища и встречается во всей толще океана. Океаны являются самыми богатыми скоплениями живого вещества; последнее распределено в нем очень неравномерно, но, однако, находится всюду.

Практически можно считать слой живого вещества непрерывной земной оболочкой.

Очень характерно, что это вещество распылено до степени, превосходящей все земные механические и химические распыления. Я уже указывал на значение этого явления для рассеяния углерода и для химической активности мельчайших пылинок вещества, остающихся после смерти микроскопических организмов.

Но это крайнее распыление является лишь следствием стремления живого вещества к повсюдности, ибо размножение живого вещества, увеличение его массы пропорционально его поверхности.

Это увеличение массы является отчасти результатом газового обмена, отчасти обмена жидкостей, реже твердых веществ. Этот обмен всегда совершается через поверхность тела организма. Увеличение поверхности организма всегда соответствует усилению обмена его вещества с окружающей его средой, увеличению быстроты «более или менее быстрых вихрей» жизни. Все строение живого вещества определяется силой его размножения, им же объясняются мельчайшие размеры микробов и ультрамикробов, сложное клеточное строение организмов.

Поверхность маленьких тел какой-либо массы материи всегда гораздо больше поверхности той же массы, образующей одно большое тело тождественной формы. Распадение живого вещества на все более мелкие организмы может быть до некоторой степени рассматриваемо как механизм, который, увеличивая площадь живого вещества, усиливает его обмен и благоприятствует его распространению по всей земной поверхности.

Как раз наиболее мелкие организмы распространяются с удивительной быстротой. Воспроизведение организмов неизбежно связано с образованием определенных сложных соединений, строящих тело организма. Синтез этих соединений совершается с быстротой, неведомой нашим лабораториям и заводам.

Быстрое размножение организмов, особенно микроскопических, возбудило уже внимание ученых XVIII в. и даже XVII в. Уже К. Линней интересовался этими вопросами. Он и другие установили, что одна особь Musca carnaria — мясной мухи — со своим потомством могла бы в немного дней уничтожить до костей труп лошади или льва. Эти исчисления и связанные с ними идеи Линнея не получили должного внимания вплоть до нашего времени.

Размножение (воспроизведение) живых существ, интересующее биологов с физиологической точки зрения, есть по существу явление геохимическое, так как оно имеет огромное влияние на количество живого вещества, существующего в биосфере, и управляет всем жизненным циклом химических элементов. Оно имеет в земной коре еще большее значение, так как живое вещество представляет очаг «активной» энергии. Оно в конце концов приводит в ней в движение не менее значительные массы материи, чем другие процессы окружающей нас природы, как, например, осадки водных бассейнов, отложения рек или ветра, ледниковых покровов. Это основное биогеохимическое проявление биосферы.

Рост геохимии задержан отсутствием биологических фактов, научно установленных, относящихся к этому явлению.

Обычно в биологии эти факты собираются, между прочим, как простые примеры быстроты или интенсивности воспроизведения; во многих случаях ими пользуются лишь для иллюстрации мысли о значении размножения организмов, говорят о нем как о великом природном явлении, обычно нашим умом не сознаваемом.

В геохимии нельзя ограничиваться таким подходом к этому явлению.

Оно имеет слишком большое значение в миграции атомов в земной коре, роль его слишком велика в геохимических процессах. Не имея возможности останавливаться здесь на этом явлении, я приведу лишь несколько конкретных примеров, уясняющих ту силу, какую размножение представляет в земных пределах.

В начале XIX в. К. Эренберг дал картину поразительной силы воспроизведения диатомовых, тех кремнеземных организмов, ежегодно закономерно на огромных просторах нацело составляющих морской планктон, огромное значение которых в истории кремния было уже указано. Эренберг доказал, что одна диатомея, разделяясь на части, может, если не встретит к тому препятствий, в восемь дней дать массу материи, равную объему нашей планеты, а в течение следующего часа может удвоить эту массу.

Мелкая обычная инфузория (туфелька — Paramaecium) может в течение пяти лет дать массу протоплазмы, объем которой был бы в 104 раза больше объема Земли.

Мир микробов, неведомых К. Эренбергу, являет еще более разительные примеры. Одна-единственная бактерия в благоприятной ее росту питательной среде может в один день дать количество неделимых, превышающее 1025, т. е. септилльоны особей; остается микроскопический след от ее первичной материи, вокруг которого образуются или концентрируются в течение этих часов массы того же химического вещества, составленные из сложнейших органических соединений.

Согласно Ф. Кону, бактерия может в течение четырех с половиной суток дать потомство в 1036 индивидуумов, которое способно было бы заполнить океан и вес которых, очевидно, превысит вес последнего, так как удельный вес бактерии, живущей в соленой воде, сколько можно судить, немного больше удельного веса морской воды. Это значит, что в трое суток живая пылинка сложнейшего химического состава весом в несколько триллионных или сотнебиллионных грамма (10-11 до 10-10) дает массу все растущего вещества того же сложнейшего состава весом больше 1,4•1017 т, т. е. в несколько тысяч раз превосходящим вес всех организмов, находящихся в каждый данный момент в биосфере.

Это еще не крайний предел быстроты создания вещества геохимической энергией живых организмов, невероятного вихря миграций элементов, которые они могут вызвать. Амплитуда возможных колебаний очень велика. Если бактерия холеры может покрыть сплошным покровом поверхность планеты в одни с четвертью суток, то наиболее медленно размножающийся организм суши — индийский слон — сделает это в 3000—3500 лет; скорость передачи геохимической энергии жизни для бактерии холеры равна приблизительно 33 000 см/сек — близка к скорости звуковых волн в воздухе; для слона она будет около 10-2 см/сек.

В безмерности теологического деления земной жизни геохимический эффект обеих морфологических форм — слона и бактерии — окажется, однако, в конце концов по существу одним и тем же. Самый медленно размножающийся организм в биосфере будет являться огромной меняющей окружающую среду силой, как и самый быстрый.

Эти числа дают понятие о потенциальной возможности изменения геохимических процессов, заложенных в организмах. Она проявляется в окружающей природе реально в меньшей степени, не достигая предела; но, однако, порядок явлений от этого резко не меняется.

Но временами мы видим ее проявление в полном размахе. Можно сказать, мы наблюдаем эти явления ежедневно кругом нас, не сознавая их величия. Это «волны жизни», согласно прекрасному старинному образу, недавно вновь внесенному в науку В. Гедеоном. Это внезапные взрывы жизни. Иногда в течение нескольких дней, нескольких часов мы видим, как образуются мириады живых существ, водорослей, насекомых, пауков, мелких позвоночных и других животных. Через очень короткое время при условиях, благоприятных для жизни, живое вещество приготовляет на наших глазах огромное количество белков, жиров, углеводов.

Так, в Адриатическом море наблюдается иногда явление, которое итальянцы называют «mare sporco», огромное внезапное размножение диатомей, дающее в результате скопления диатомей, бедных кремнеземом. Эти диатомей воспроизводятся с такой быстротой, что равновесие кремния, растворенного в морской воде, не имеет времени восстановиться. Образуются их скопления, покрывающие поверхность моря слоем в несколько метров мощности; через несколько дней такого размножения они оседают на дно в виде студнеобразных масс, быстро поедаемых или разлагающихся. Нарушенное равновесие природы быстро вновь восстанавливается. Эти же явления можно наблюдать в еще большем масштабе в планктоне океана и в его береговых «сгущениях жизни». Планктон покрывает здесь просторы, не осуществимые в море или на суше. Эти явления проявляются вместе с тем на нашей планете непрерывно. Если они замирают в одном месте, то они разворачиваются вновь в каком-нибудь другом.

Те же явления наблюдаются на каждом шагу и на суше; таково, например, «цветение» озер, рек, болот, прудов. Растения, подобные ряскам (Lemna), водоросли и одноклеточные животные и другие организмы внезапно покрывают поверхность воды более или менее непрерывным покровом; они возобновляются периодически, быстро создавая огромные количества органических соединений, но равновесие вновь быстро восстанавливается и они бесследно разрушаются вновь, входя в жизненный цикл.

В случае, когда разрушение не идет до конца, они могут, как мы видели, давать начало залежам углей или нефтей.

Само явление вполне отвечает тем огромным потенциальным силам, числовое выражение которых я давал раньше.

Роль в экономии природы этих явлений огромна719. Эти взрывы жизни имеют только определенное бытие — они краткосрочны. Вскоре равновесие восстанавливается, живая природа принимает обычный облик.

Нет мгновения, когда бы это явление не проявилось во многих местах нашей планеты. Это поистине «волны жизни», всегда существующие и ярко выявляющие механическую черту явления. Его существование, очевидно, связано с самим строением живого вещества.

И все же оно почти не привлекает внимания ученых нашего века. К нему не раз обращалась научная мысль, когда в науке царили идеи о гармонии и об экономии природы. Мне кажется, что наш великий натуралист К. М. фон Бэр в последний раз, 60 лет назад, подходил к этому явлению во всей его широте, как к великому отзвуку планеты.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.